一种双连续逾渗结构导热聚合物复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于导热聚合物基复合材料技术领域，具体涉及一种双连续逾渗结构导热聚合物复合材料及其制备方法。所述导热聚合物基复合材料由热塑性聚合物A、热塑性聚合物B和导热填料复合而成，其中热塑性聚合物A和热塑性聚合物B相互贯穿形成网络，具有双连续逾渗结构，导热填料分布在热塑性聚合物A相中，导热填料之间搭接形成导热通路。本发明专利技术提供的具有双连续逾渗结构的导热复合材料，两种不同的聚合物形成双连续结构，导热填料单一均匀分散在其中一个聚合物相中，使其在添加较低含量时，导热填料就足以形成导热网络，这不仅大大减少了导热填料的用量，降低了成本，且制备所得导热复合材料的热导率较佳。

【技术实现步骤摘要】
一种双连续逾渗结构导热聚合物复合材料及其制备方法
本专利技术属于导热聚合物基复合材料
，具体涉及一种双连续逾渗结构导热聚合物复合材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，由于信息技术的不断发展，人们对其小型化与多功能化的高科技设备要求越来越高，因此必须将更多的电子元件集成到更小的印刷电路板中。然而随着组装度的提高，设备产生的热量迅速增加，为保障元器件运行的可靠性，散热能力就成为影响其使用寿命的重要限制因素，因此电子设备的基板材料、封装材料不但要具备更好的导热性能，还要具备较好的绝缘性、良好的机械性能和加工性能。为了满足这样的要求，电子工业迫切地需要更高导热绝缘的高分子复合材料。但是，常规的导热绝缘塑料存在导热率偏低的不足，这极大地限制了其应用领域。对于绝大多数高分子材料来说，一般不能直接应用于导热领域，主要是通过以聚合物为基体、添加高导热率的填料形成聚合物基导热复合材料。利用分散于基体中的填料，当含量较高时相互连接形成导热网络，从而提高复合材料的热导率。因此，只有在填料含量较高的情况下导热复合材料才有效果，但是高填充量会导致复合材料的力学性能的降低，而且还会严重影响复合材料的加工性能。所以如何通过添加更少含量的填料而使导热性能得到较为显著的提升，就成为当前导热聚合物复合材料研究的重点。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，目的在于提供一种双连续逾渗结构导热聚合物复合材料及其制备方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种双连续逾渗结构导热聚合物基复合材料，其特征在于，所述导热聚合物基复合材料由热塑性聚合物A、热塑性聚合物B和导热填料复合而成，其中热塑性聚合物A和热塑性聚合物B相互贯穿形成网络，具有双连续逾渗结构，导热填料分布在热塑性聚合物A相中，导热填料之间搭接形成导热通路。上述方案中，所述热塑性聚合物A为聚苯乙烯，所述热塑性聚合物B为聚丙烯，所述导热填料为氮化硼。上述方案中，所述热塑性聚合物A和热塑性聚合物B的质量比为6:4～4:6。上述方案中，所述导热填料的质量占热塑性聚合物A和热塑性聚合物B总质量的1.67％～10.6％。上述双连续逾渗结构导热聚合物基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将氮化硼进行高温煅烧使其带上-OH基团，然后用硅烷偶联剂对其进行处理，再将处理后的氮化硼与苯乙烯通过加入引发剂、分散剂进行原位聚合得到聚苯乙烯改性氮化硼；(2)将聚苯乙烯改性氮化硼与聚苯乙烯置于双辊开炼机中开炼共混，得到氮化硼/聚苯乙烯二元复合体系；(3)将步骤(2)所得氮化硼/聚苯乙烯二元复合体系与聚丙烯密炼共混，得到的三元复合体系，三元复合体系经干燥、热压成型后得到双连续逾渗结构的导热聚合物基复合材料。上述方案中，步骤(1)中所述高温煅烧的温度为900～1200℃，煅烧的时间为1～5h。上述方案中，步骤(1)中所述氮化硼与苯乙烯进行原位聚合反应温度为60～90℃，反应时间为4～8h。上述方案中，步骤(1)所述硅烷偶联剂为KH-550，采用硅烷偶联剂处理的时间为10～30h。上述方案中，步骤(1)中所述氮化硼与苯乙烯的质量比为1:1～1:5。上述方案中，步骤(1)中所述引发剂为过硫酸钾，所述分散剂为聚乙烯醇；所述苯乙烯：过硫酸钾：聚乙烯醇质量比为55:1:1。上述方案中，步骤(2)中所述开炼共混的温度为110～160℃，开炼的时间为5～15min。上述方案中，步骤(3)所述密炼共混的温度为150～200℃，密炼共混的时间为5～15min。上述方案中，步骤(3)中所述热压成型的温度为150～200℃。本专利技术的有益效果如下：1)本专利技术提供一种具有双连续逾渗结构的导热复合材料，在所述复合材料中，两种不同的聚合物形成双连续结构，导热填料单一均匀分散在其中一个聚合物相中，使其在添加较低含量时，导热填料就足以形成导热网络，这不仅大大减少了导热填料的用量，降低了成本，且制备所得导热复合材料的热导率较佳；2)本专利技术通过对无机填料BN进行改性，形成PS包覆BN，有利于BN在PS相中的均匀分散，避免填料的团聚现象出现，并且能阻止BN从基体相的PS相转移到PP相，在达到同等的导热效果的情况下，本专利技术需要的导热填料含量更少，通过调控三元相态的分布使PP/PS相形成良好的协效作用，将填料集中在PS中，进一步提高填料的含量，改善了填料的利用效率，降低了逾渗阈值，并通过基体的双连续贯穿结构构建导热网络；3)本专利技术的制备方式简单，工艺流程短，对环境无毒无害，采用现有的设备就可以实现生产，具有广泛的应用前景，非常利于推广运用。附图说明图1为本专利技术所述具有双连续逾渗结构的三元导热复合材料的SEM图。图2为实施例1、2、3制备所得三元导热复合材料的动态力学性能图。图3为实施例1、2、3中所述PS包覆BN粉末的热重分析图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例和对比例。实施例1一种双连续逾渗结构的三元导热复合材料，其配方及制备过程为：(1)先在900℃下高温煅烧BN3h使其带上-OH基团，随后用1ml硅烷偶联剂KH550在35℃下对其进行18h处理，水洗醇洗各3次后干燥备用，再将处理后的5.3gBN与8g苯乙烯、0.15g过硫酸钾、0.12g聚乙烯醇置于烧瓶中超声处理半小时，于50～70℃下进行原位聚合反应7h，水洗醇洗后干燥得到PS包覆BN粉末(BN质量占比55％，该比例为热重分析PS包覆BN粉末所得，见图3)；(2)将10wt％的PS包覆BN粉末与PS颗粒置于双辊开炼机中开炼共混，即PS包覆BN粉末占商用PS颗粒与PS包覆BN粉末总量的10wt％，实际上由于PS包覆BN粉末中BN的真实含量为55％，因此BN在此开炼二元共混物中的真实含量为5.5％，开炼温度为120～150℃，开炼5～15min；(3)将步骤(2)得到的二元共混物与PP在哈克转矩流变仪中于150～200℃下密炼共混8～15min，得到的三元共混物(BN的实际含量为3.37％，表1中的原料含量计算如下：取18g二元共混物PS/BN(BN含量为5.5％)，此时BN为0.99g，PS为17.01g，为保证PS：PP的含量保持在6:4，因此PP取11.34g，0.99/(0.99+17.01+11.34)＝3.37％)经干燥、在180℃、10～20MPa热压成型10～30min制得双连续逾渗结构的导热聚合物基复合材料。实施例2一种双连续逾渗结构的二元导热复合材料，其配方及制备过程为：(1)先在1100℃下高温煅烧BN2h使其带上-OH基团，随后用3ml硅烷偶联剂KH550在35℃下对其进行24h处理，水洗醇洗各3次后干燥备用，再将处理后的5.3gBN与8g苯乙烯、0.15g过硫酸钾、0.12g聚乙烯醇置于烧瓶中超声处理半小时，于50～70℃下进行原位聚合反应5h，反应结束后水洗醇洗后干燥得到PS包覆BN粉末(BN质量占比55％，该比例为TGA热重分析PS包覆BN粉末所得，见图3，此比例为BN的真实含量，与合成PS包覆BN粉末时的BN、苯乙烯比例有误差是因为合成过程中部分苯乙烯没有参与聚合。)；(2)将20wt％的PS包覆BN粉末与PS颗粒置于双辊开炼机中开炼共混，即PS包覆BN粉末本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双连续逾渗结构导热聚合物基复合材料，其特征在于，所述导热聚合物基复合材料由热塑性聚合物A、热塑性聚合物B和导热填料复合而成，其中热塑性聚合物A和热塑性聚合物B相互贯穿形成网络，具有双连续逾渗结构，导热填料分布在热塑性聚合物A相中，导热填料之间搭接形成导热通路。

【技术特征摘要】
1.一种双连续逾渗结构导热聚合物基复合材料，其特征在于，所述导热聚合物基复合材料由热塑性聚合物A、热塑性聚合物B和导热填料复合而成，其中热塑性聚合物A和热塑性聚合物B相互贯穿形成网络，具有双连续逾渗结构，导热填料分布在热塑性聚合物A相中，导热填料之间搭接形成导热通路。2.根据权利要求1所述的双连续逾渗结构导热聚合物基复合材料，其特征在于，所述热塑性聚合物A为聚苯乙烯，所述热塑性聚合物B为聚丙烯，所述导热填料为氮化硼。3.根据权利要求1所述的双连续逾渗结构导热聚合物基复合材料，其特征在于，所述热塑性聚合物A和热塑性聚合物B的质量比为6:4~4:6。4.根据权利要求1所述的双连续逾渗结构导热聚合物基复合材料，其特征在于，所述导热填料的质量占热塑性聚合物A和热塑性聚合物B总质量的1.67%~10.6%。5.权利要求1~4任一所述双连续逾渗结构导热聚合物基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将氮化硼进行高温煅烧使其带上-OH基团，然后用硅烷偶联剂对其进行处理，再将处理后的氮化硼与苯乙烯通过加入引发剂、分散剂进行原位聚合得到聚苯乙烯改性氮化硼；（2）将聚苯乙烯改性氮化硼与聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：江学良，马鹏飞，游峰，姚楚，姚军龙，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42