一种氮化硼/环氧树脂复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种氮化硼/环氧树脂复合材料，所述氮化硼具有三维网络结构，按质量分数计所述复合材料包括以下组分：氮化硼5％～50％，羧甲基纤维素钠0.5％～2％，环氧树脂35％～80％，固化剂10％～30％以及催化剂0.1％～10％，所述复合材料中氮化硼纳米片在基体中形成高度有序的三维导热网络，从而有效地降低了界面热阻，提高了复合材料高的导热性能。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化硼/环氧树脂复合材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料领域，涉及一种氮化硼/环氧树脂复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着人类科技的不断发展，电脑、手机等电子产品进入千家万户。这些技术的革新是建立在印刷电路板上的越来越集成化、小型化和高速运转的电子器件基础上的。集成度如此高的电子器件在运行过程中无疑会散出大量的热量，热量的持续堆积和无法及时耗散会带来诸多严重的后果。所以热量的及时排出和耗散就越来越成为限制半导体电子封装行业发展的关键技术问题。因此，下一代电子封装材料的设计离不开高热导的聚合物复合材料。但是，现在大部分聚合物材料的本征热导率都很低，比如应用极其广泛的纯环氧树脂的热导率仅为0.1～0.5Wm-1K-1，远远满足不了器件散热的需求。现有技术中普遍的做法是在聚合物中填入高导热无机填料，实现聚合物导热性能的提高。为了满足部分界面填充材料绝缘的需求，一些陶瓷材料比如氮化铝、氮化硼、碳化硅等由于其高的热导率和体积电阻率受到了重视。其中，素有“白色石墨”之称的六方氮化硼由于与石墨烯结构类似，拥其优越的热稳定性和化学稳定性、高机械强度以及高的热导率，成为了最有前景的聚合物填充材料之一。但是，由于复合物材料的导热性能与填充物的含量、大小、形貌和分布状态等因素有关。简单而粗糙地将氮化硼填料分布在聚合物体系内无疑会加大声子的散射，提高了界面热阻。因此，开发一种具有优良结构设计的高导热聚合物复合材料仍是目前一个重要的研究方向。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种氮化硼/环氧树脂复合材料及其制备方法，所述符合材料具有优异的导热性能，同时具有良好的维度稳定性以及更低的热膨胀系数；所述氮化硼/环氧树脂复合材料的制备方法简单温和，可用于工业化生产。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术目的之一在于提供一种氮化硼/环氧树脂复合材料，所述氮化硼具有三维网络结构，按质量分数计所述复合材料包括以下组分：其中所述氮化硼的质量分数可以是5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％等；所述羧甲基纤维素钠的质量分数可以是0.5％、0.6％、0.8％、1％、1.2％、1.5％、1.8％或2％等；环氧树脂的质量分数可以是35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％或80％等；固化剂的质量分数可以是10％、12％、15％、18％、20％、22％、25％、28％或30％等；催化剂的质量分数可以是0.1％、0.2％、0.5％、1％、2％、5％、8％或10％等，但并不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。氮化硼在基体中形成高度有序的三维导热网络，从而有效地降低了界面热阻和声子散射作用，有效地提高了复合材料高的导热性能。同时，氮化硼的引入还增加了复合物材料的维度稳定性，使得复合物材料具有更低的热膨胀系数。羧甲基纤维素钠在本专利技术中，主要起到对三维氮化硼结构的支撑作用，以提高氮化硼气凝胶的力学性能，避免在后续减压操作中氮化硼气凝胶的坍塌，而加入的羧甲基纤维素钠的质量分数超过2％，由于羧甲基纤维素钠为热的不良导体，加入量过多会导致热量在复合材料内部的积累，而影响三维氮化硼结构的导热性能。作为本专利技术优选的技术方案，按质量半分比计所述复合材料包括以下组分：作为本专利技术优选的技术方案，按质量半分比计所述复合材料包括以下组分：作为本专利技术优选的技术方案，所述环氧树脂为液晶环氧树脂。优选地，所述液晶环氧树脂包括4,4'-二(2,3-环氧丙氧基)联苯酚酯、4,4'-联苯酚-二[4-(2-环氧丙氧基)苯甲酸酯]、3,3',5,5'-四甲基联苯二缩水甘油醚、双酚A二缩水甘油醚或4，4'-二羟基联苯二缩水甘油醚中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：4,4'-二(2,3-环氧丙氧基)联苯酚酯和4,4'-联苯酚-二[4-(2-环氧丙氧基)苯甲酸酯]的组合、4,4'-联苯酚-二[4-(2-环氧丙氧基)苯甲酸酯]和3,3',5,5'-四甲基联苯二缩水甘油醚的组合、3,3',5,5'-四甲基联苯二缩水甘油醚和双酚A二缩水甘油醚的组合、双酚A二缩水甘油醚和4,4'-二羟基联苯二缩水甘油醚的组合或4,4'-二(2,3-环氧丙氧基)联苯酚酯、4,4'-联苯酚-二[4-(2-环氧丙氧基)苯甲酸酯]和3,3',5,5'-四甲基联苯二缩水甘油醚的组合等，优选为4,4'-二(2,3-环氧丙氧基)联苯酚酯。作为本专利技术优选的技术方案，所述固化剂包括4,4'-二羟基联苯、4,4'-二氨基联苯、4,4'-二氨基二苯砜、4,4'-二氨基二苯醚或N,N-二甲基六氢苯酐中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：4,4'-二羟基联苯和4,4'-二氨基联苯的组合、4,4'-二氨基联苯和4,4'-二氨基二苯砜的组合、4,4'-二氨基二苯砜和4,4'-二氨基二苯醚的组合、4,4'-二氨基二苯醚和N,N-二甲基六氢苯酐的组合或4,4'-二羟基联苯、4,4'-二氨基联苯和4,4'-二氨基二苯砜的组合等，优选为N,N-二甲基六氢苯酐。作为本专利技术优选的技术方案，所述催化剂包括咪唑、三苯基膦或乙酰丙酮铬中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：咪唑和三苯基膦的组合、三苯基膦和乙酰丙酮铬的组合、咪唑和乙酰丙酮铬的组合或咪唑、三苯基膦和乙酰丙酮铬的组合等，优选为咪唑。本专利技术的另一个目的在于提供一种上述氮化硼/环氧树脂复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将氮化硼加入到羧甲基纤维素钠的水溶液中，球磨混合，得到氮化硼-羟甲基纤维素钠水溶液；(2)将步骤(1)得到的氮化硼-羧甲基纤维素钠水溶液快速冷却，完全结冰后冷冻干燥，得到三维氮化硼网络气凝胶；(3)将固化剂和催化剂加入到环氧树脂中，混合得到环氧树脂混合物；(4)将步骤(3)得到的环氧树脂混合物减压注入步骤(2)得到的三维氮化硼网络气凝胶中，加热固化，得到氮化硼/环氧树脂复合材料。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述羧甲基纤维素钠和氮化硼的质量比为(0.01～0.1):1，如0.01:1、0.02:1、0.03:1、0.04:1、0.05:1、0.06:1、0.07:1、0.08:1、0.09:1或0.1:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(1)所述氮化硼的浓度为0.1～5g/mL，如0.1g/mL、0.5g/mL、1g/mL、1.5g/mL、2g/mL、2.5g/mL、3g/mL、3.5g/mL、4g/mL、4.5g/mL或5g/mL等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，优选地，步骤(1)所述球磨的转速为100～300rpm，如100rpm、150rpm、200rpm、250rpm或300rpm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(1)所述球磨的时间为1～48h，如1h、2h、8h、12h、18h、24h、36h或48h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述冷却为将步骤(1)得到的氮化硼-羧甲基纤维素本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化硼/环氧树脂复合材料，其特征在于，所述氮化硼具有三维网络结构，按质量分数计所述复合材料包括以下组分：

【技术特征摘要】
1.一种氮化硼/环氧树脂复合材料，其特征在于，所述氮化硼具有三维网络结构，按质量分数计所述复合材料包括以下组分：2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，按质量分数计所述复合材料包括以下组分：3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，按质量分数计所述复合材料包括以下组分：4.根据权利要求1-3任一项所述的复合材料，其特征在于，所述环氧树脂为液晶环氧树脂；优选地，所述液晶环氧树脂包括4,4'-二(2,3-环氧丙氧基)联苯酚酯、4,4'-联苯酚-二[4-(2-环氧丙氧基)苯甲酸酯]、3,3',5,5'-四甲基联苯二缩水甘油醚、双酚A二缩水甘油醚或4,4'-二羟基联苯二缩水甘油醚中任意一种或至少两种的组合，优选为4,4'-二(2,3-环氧丙氧基)联苯酚酯。5.根据权利要求1-4任一项所述的复合材料，其特征在于，所述固化剂包括4,4'-二羟基联苯、4,4'-二氨基联苯、4,4'-二氨基二苯砜、4,4'-二氨基二苯醚或N,N-二甲基六氢苯酐中任意一种或至少两种的组合，优选为N,N-二甲基六氢苯酐。6.根据权利要求1-5任一项所述的复合材料，其特征在于，所述催化剂包括咪唑、三苯基膦或乙酰丙酮铬中任意一种或至少两种的组合，优选为咪唑。7.一种权利要求1-6任一项所所述的氮化硼/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将氮化硼加入到羧甲基纤维素钠的水溶液中，球磨混合，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙蓉，胡建滔，曾小亮，黄云，么依民，许建斌，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44