一种利用磁场取向制备砖-泥结构导热聚合物复合材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用磁场取向制备砖‑泥结构导热聚合物复合材料的方法，先将BN超声处理后用Piranha溶液处理，将处理后的BN采用溶剂热法制备BN@Fe3O4磁性填料，然后将BN@Fe3O4、氧化石墨烯与聚偏氟乙烯在溶剂中混合均匀，加热浓缩液至固含量70‑75％，将浓缩液放入磁场中，使BN@Fe3O4定向排列，干燥挥发溶剂，即制得砖‑泥结构导热复合材料。本发明专利技术利用磁场使BN@Fe3O4在聚合物基体中定向排列作为复合材料的“砖”，氧化石墨烯在PVDF中自组装与BN@Fe3O4形成导热通路，同时能够改善与PVDF的界面热阻，作为复合材料的“泥”，在一定用量导热填料下获得更高的导热系数。

A Method of Preparing Thermal Conductive Polymer Composites with Brick-Mud Structure by Magnetic Field Orientation

The invention discloses a method for preparing thermal conductive polymer composites with brick-mud structure by magnetic field orientation. First, BN is treated by ultrasound and Piranha solution, then BN@Fe3O4 magnetic filler is prepared by solvothermal method. Then BN@Fe3O4, graphene oxide and polyvinylidene fluoride are mixed uniformly in the solvent, and the concentrated liquid is heated to 70-75% solid content, and the concentrated liquid is released. In magnetic field, BN@Fe3O4 is aligned in the direction, and volatile solvents are dried. Thermal conductive composites with brick-mud structure are prepared. The invention utilizes magnetic field to make BN@Fe3O4 aligned in polymer matrix as \brick\ of composite material, and graphene oxide self-assembles in PVDF to form heat conduction path with BN@Fe3O4, at the same time, it can improve the interface thermal resistance with PVDF, and as \mud\ of composite material, it can obtain higher thermal conductivity under a certain amount of heat conducting filler.

【技术实现步骤摘要】
一种利用磁场取向制备砖-泥结构导热聚合物复合材料的方法
本专利技术涉及一种聚合物复合材料的制备方法，具体地说是一种利用磁场取向制备砖-泥结构导热聚合物复合材料的方法，属于高分子复合材料

技术介绍
随着电子信息科学技术的发展，大至工业设备，小至微电子器件的功率和性能不断提高。不可避免地，这些设备使用过程中产生的热量也会不断增加。这些积聚的热量如果不能及时向外界扩散，将影响设备的工作效率和使用寿命，严重的将造成设备损坏或引发危险。因此需要具有高导热性能的材料将热量及时导出，保证设备仪器的正常运作。PVDF作为一种新型的封装材料，由于良好的耐腐蚀性能、介电性能和可加工性能，在锂电池薄膜、电线电缆、电路板、电容器等电子封装领域应用极为广泛。BN作为一种优良的填料材料，具有高耐热性、高导热系数、高电阻率，低热膨胀系数、高介质击穿强度、高抗热震性、低介电损耗、良好的耐腐蚀性、低摩擦系数、高体积电阻率等优良的物理性能。YanjunXiao等(J.Phys.Chem.C120(2016)6344-6355)将片状BN与纤维状CNTs复配添加到PVDF基体中，制得具有良好导热性能与高介电常数的复合材料，但该方法所用原料成本高且制备工艺复杂，两种填料在基体中随机分布，很难很好的利用填料的结构特点。为了使复合材料在一定的填充量下获得更高的导热系数，研究者利用各种方法使填料在基体中排列取向，其中利用磁场取向是一种简单有效的方法。例如HoSunLim等(ChemistryofMaterials，25(2013)3315-3319)利用六方氮化硼颗粒各向异性的特性，通过化学反应的方法在氮化硼颗粒薄片上生长纳米Fe3O4磁性颗粒，制备纳米Fe3O4包裹的磁性氮化硼。加入环氧树脂后在匀强磁场下固化成型，磁性氮化硼片状颗粒在材料当中表现出很好的取向性，使复合材料导热性能获得了很大的提高。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种利用磁场取向制备砖-泥结构导热聚合物复合材料的方法。本方法通过磁场取向使BN能够有序排列的同时，氧化石墨烯能够降低BN与基体PVDF的界面热阻，在较低的填料用量下获得较高的导热系数，有效提高了复合材料的导热性能。本专利技术利用磁场取向制备砖-泥结构导热聚合物复合材料的方法，包括如下步骤：步骤1：将BN加入蒸馏水中搅拌10-20min，然后于20-30℃下超声分散处理18-36h，抽滤后于-50至-60℃冷冻干燥20-30h；步骤2：将步骤1获得的BN加入Piranha处理液(浓H2SO4:30％H2O2＝7:3)(BN与Piranha处理液的固液比例为1g:30mL)中，于15-30℃下搅拌2-6h，4000-6000r/min离心，抽滤，洗涤，在60-80℃下干燥4-8h，制得改性BN；步骤3：将改性BN加入乙二醇中，超声处理18-30h，然后加入FeCl3·6H2O以及乙酸钠三水合物(质量比1：2.7)搅拌1-3h，倒入50-200mL反应釜中，于150-250℃下反应4-10h，反应结束后冷却至室温，制得BN@Fe3O4；FeCl3·6H2O与BN的质量比为1:8。步骤4：将步骤3制得的BN@Fe3O4、氧化石墨烯(GO)与溶剂在60-90℃混合2-4h，得到混合物A；步骤5：将所述混合物A与聚偏氟乙烯(PVDF)在60-90℃溶剂中搅拌混合2-4h，得到混合物B；步骤6：将所述混合物B加热浓缩至固含量为70-75％，浓缩温度120-150℃，浓缩液倒入模具中，然后置于磁场中取向处理20-30min，随后于30-100℃干燥20-30h，制得砖-泥结构导热复合材料。所述BN为六方氮化硼，其片径10-15微米，厚度50-80纳米。所述溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的任一种。所述磁场为交变磁场，磁场强度为40-200Gs。本专利技术制备过程中，各原料按质量百分比构成如下：PVDF50-90％，BN8-49％，GO1-2％。本专利技术用Piranha溶液处理BN，可以增加BN表面的羟基(-OH)的数量，促进BN@Fe3O4的合成。本专利技术采用溶液法混合BN@Fe3O4、GO和PVDF基体，填料更好均匀的分散在PVDF基体中，有利于导热通路的形成。本专利技术砖-泥结构聚合物导热复合材料中的BN@Fe3O4通过磁场取向有序排列作为复合材料的“砖”，GO在填料BN@Fe3O4中间自组装作为复合材料的“泥”，制备成一种利用磁场取向制备“砖-泥”结构聚合物导热复合材料。本专利技术利用磁场使BN@Fe3O4在聚合物基体中定向排列，氧化石墨烯(GO)在PVDF中自组装与BN@Fe3O4形成导热通路，同时能够改善与PVDF的界面热阻，实现了在一定用量导热填料下获得更高的导热系数。附图说明图1是本专利技术的制备流程示意图。图2是本专利技术制备的BN@Fe3O4的扫描电镜图。从图中明显的看出Fe3O4附着在BN的表面。图3是本专利技术按照实施例2中的配方制备的脆断面SEM电镜图。图4是本专利技术按照对比例2a中的配方制备的脆断面SEM电镜图。从图3可以看出施加磁场使BN@Fe3O4能够有序排列，使材料具备各向异性，而图4中不加磁场BN@Fe3O4分布无序，堆积在一起。具体实施方式通过以下实施例对本专利技术进行进一步地描述，在以下各实施例中各组分均以质量百分数计。下面结合具体的实施例对本专利技术做一详细的阐述，但是本专利技术的范围不受这些实施例的限制。实施例1：1、配料PVDF89％，BN10％，GO1％。1、制备(1)将BN加入蒸馏水中搅拌15min，在25℃超声分散处理24h后，进行抽滤，于-50至-60℃冷冻干燥24h。(2)将上述获得的BN加入Piranha处理液(浓H2SO4:30％H2O2＝7:3)中，BN与Piranha处理液的固液比例为1g:30mL，于25℃下搅拌2h，4000-6000r/min离心，抽滤，洗涤，在80℃下干燥6h，制得改性BN；(3)将改性BN加入乙二醇中，超声处理24h，然后加入FeCl3·6H2O以及乙酸钠三水合物(质量比1：2.7)搅拌2h，质量比FeCl3·6H2O：BN＝1:6，倒入150mL反应釜中，于200℃下反应8h，反应结束后冷却至室温，制得BN@Fe3O4；(4)将上述制得的BN@Fe3O4、氧化石墨烯(GO)与溶剂在60℃搅拌混合2h，得到混合物A；(5)将所述混合物A与聚偏氟乙烯(PVDF)在80℃溶剂中搅拌混合2h，得到混合物B；(6)将所述混合物B加热浓缩至固含量约为70-75％，浓缩温度140℃，浓缩液倒入模具中，然后置于磁场中取向处理20min，随后于50℃干燥20h，制得导热复合材料。本实施例所制备样品的导热系数，如表1所示。对比例1a：1、配料PVDF89％，BN10％，GO1％。2、制备(1)将BN加入蒸馏水中搅拌15min，在25℃超声分散处理24h后，进行抽滤，于-50至-60℃冷冻干燥24h。(2)将上述获得的BN加入Piranha处理液(浓H2SO4:30％H2O2＝7:3)中，BN与Piranha处理液的固液比例为1g:30mL，于25℃下搅拌2h，4000-6000r/min离心，抽滤，洗涤，在80℃下干燥6h，制得改性BN；(3)将改性BN加入乙二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用磁场取向制备砖‑泥结构导热聚合物复合材料的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：将BN加入蒸馏水中搅拌10‑20min，然后于20‑30℃下超声分散处理18‑36h，抽滤后于‑50至‑60℃冷冻干燥20‑30h；步骤2：将步骤1获得的BN加入Piranha处理液中，于15‑30℃下搅拌2‑6h，4000‑6000r/min离心，抽滤，洗涤，在60‑80℃下干燥4‑8h，制得改性BN；步骤3：将改性BN加入乙二醇中，超声处理18‑30h，然后加入FeCl3.6H2O以及乙酸钠三水合物搅拌1‑3h，倒入50‑200mL反应釜中，于150‑250℃下反应4‑10h，反应结束后冷却至室温，制得BN@Fe3O4；步骤4：将步骤3制得的BN@Fe3O4、氧化石墨烯与溶剂在60‑90℃混合2‑4h，得到混合物A；步骤5：将所述混合物A与聚偏氟乙烯在60‑90℃溶剂中搅拌混合2‑4h，得到混合物B；步骤6：将所述混合物B加热浓缩后获得浓缩液，将所得浓缩液倒入模具中，然后置于磁场中取向处理20‑30min，随后于30‑100℃干燥20‑30h，制得砖‑泥结构导热复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种利用磁场取向制备砖-泥结构导热聚合物复合材料的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：将BN加入蒸馏水中搅拌10-20min，然后于20-30℃下超声分散处理18-36h，抽滤后于-50至-60℃冷冻干燥20-30h；步骤2：将步骤1获得的BN加入Piranha处理液中，于15-30℃下搅拌2-6h，4000-6000r/min离心，抽滤，洗涤，在60-80℃下干燥4-8h，制得改性BN；步骤3：将改性BN加入乙二醇中，超声处理18-30h，然后加入FeCl3.6H2O以及乙酸钠三水合物搅拌1-3h，倒入50-200mL反应釜中，于150-250℃下反应4-10h，反应结束后冷却至室温，制得BN@Fe3O4；步骤4：将步骤3制得的BN@Fe3O4、氧化石墨烯与溶剂在60-90℃混合2-4h，得到混合物A；步骤5：将所述混合物A与聚偏氟乙烯在60-90℃溶剂中搅拌混合2-4h，得到混合物B；步骤6：将所述混合物B加热浓缩后获得浓缩液，将所得浓缩液...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏茹，张振，曹明，陈鹏，钱家盛，伍斌，杨斌，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34