一种取向结构的导热电磁屏蔽材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种取向结构的导热电磁屏蔽材料及其制备方法，具体公开了一种具有垂直取向结构的导热电磁屏蔽材料，所述垂直取向结构为层叠的片状材料，所述片状材料是以热塑性聚合物为基质，基质中包含填料；填料为导热填料和导电填料的组合、导热填料和磁性填料的组合、或导热填料以及导电填料和磁性填料的组合。本发明专利技术能够有效减少电磁波干扰，显著提高材料的电磁屏蔽性能，具有高的各向异性热导率，实现复合材料高导电、高电磁屏蔽效能同时具有高的热导率的目标。

A kind of thermal conductive electromagnetic shielding material with oriented structure and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种取向结构的导热电磁屏蔽材料及其制备方法
本专利技术涉及功能复合材料领域，具体为一种微观上具有垂直取向结构的高导热且高效电磁屏蔽特性的材料。
技术介绍
随着电子工业的快速发展，电磁辐射也日益严重，进而造成一系列的负面影响(如设备间电磁干扰，信息安全，人体危害等)。因此，探索新型高效电磁屏蔽材料显得至关重要。在应用中，高度集成和高速的无线通信设备遭受显著的发热和不希望的电磁干扰效果。这个问题严重影响着电子设备的使用寿命和人体健康。因此，高导热材料具有优良的电磁干扰屏蔽效率的材料在现代大功率电子、无线通信、便携设备和自动驾驶汽车等领域得到了广泛的应用。为了有效屏蔽不良电磁波和有效散热，迫切需要高导热性的电磁屏蔽材料。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种具有取向结构的导热电磁屏蔽材料。本专利技术一个方面提供了一种具有垂直取向结构的导热电磁屏蔽材料，所述垂直取向结构为层叠的片状材料，所述片状材料是以热塑性聚合物为基质，基质中包含填料；填料为导热填料和导电填料的组合、导热填料和磁性填料的组合、或导热填料以及导电填料和磁性填料的组合。在本专利技术的技术方案中，垂直取向结构通过将包含热塑性聚合物溶液和填料的浆料采用取向成型工艺制备成片状材料后，将片状材料层叠，然后进行热压获得。本专利技术另一个方面提供了具有垂直取向结构的导热电磁屏蔽材料的制备方法，包括以下步骤：1)配制填料与热塑性聚合物的混合溶液，然后采用取向成型工艺制得片状材料，2)将步骤1)所得片状材料层层叠加，再采用热压的方法将层层叠加的片状材料压合，任选地，3)切割，得到具有垂直取向结构的导热电磁屏蔽材料；填料为导热填料和导电填料的组合、导热填料和磁性填料的组合、导热填料以及导电填料和磁性填料的组合。本专利技术再一个方面提供了本专利技术上述制备方法获得的具有垂直取向结构的导热电磁屏蔽材料。在本专利技术的技术方案中，所述的片状材料厚度为0.05～0.5mm。在本专利技术的技术方案中，所述导热填料为片状导热填料，选自石墨、鳞片石墨、膨胀石墨、石墨烯、氮化硼、氮化铝、氧化铝、碳化硅中的一种或多种。在本专利技术的技术方案中，优选地，填料为石墨与导电填料的组合，石墨与磁性填料的组合。在本专利技术的技术方案中，石墨与导电填料的组合的比例为质量比8-15:1(优选为10-12:1，更优选为11:1)，石墨与磁性填料的组合的比例为质量比8-15:1(优选为10-12:1，更优选为11:1)。在本专利技术的技术方案中，所述导电填料选自炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、金粉、银粉、铜粉、铝粉、钛粉、镍粉中的一种或多种。在本专利技术的技术方案中，所述磁性填料包括镍粉、四氧化三铁粒子、三氧化二铁粒子、钴粒子、氮化铁中的一种或多种。在本专利技术的技术方案中，优选地，填料为石墨与镍粉的组合、石墨与四氧化三铁粒子的组合、石墨与三氧化二铁粒子的组合、石墨与钴粒子的组合、石墨与钴粒子的组合、石墨与氮化铁的组合、石墨与银粉的组合、石墨与铜粉的组合、石墨与铝粉的组合、石墨与钛粉的组合、石墨与镍粉的组合、石墨与炭黑的组合、石墨与碳纳米管的组合、石墨与碳纤维的组合、石墨与石墨烯的组合、石墨与金粉的组合。所述导电填料和磁性填料为单独与热塑性聚合物复合，或是沉积/锚定在导热填料表面。所述导电填料、导热填料和磁性填料可以共同与热塑性聚合物复合，填料间的协同效应会使材料的各项性能如电磁屏蔽效能和热导率有明显的提高。在本专利技术的技术方案中，导热填料占片状材料的10～80wt.％，优选为45～65wt.％，更优选为55wt％。在本专利技术的技术方案中，磁性填料占片状材料的1～10wt.％，优选为3-8wt.％，更优选为5wt％。在本专利技术的技术方案中，导电填料占片状材料的1～10wt.％，优选为3-8wt.％，更优选为5wt％。所述混合溶液的制备方法为，首先将热塑性聚合物的基材或颗粒溶解于溶剂中，再与导热填料、导电填料或磁性填料混合均匀制得。在本专利技术的技术方案中，所述热塑性聚合物材料，包括热塑性聚氨酯(TPU)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺(PA)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SEBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物(SIS)、氢化苯乙烯异戊二烯共聚物(SEPS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、尼龙(Nylon)、聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。在本专利技术的技术方案中，混合溶液中的溶剂选自有机溶剂，有机溶剂选自乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、丁酮、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、四氯化碳、正己烷、环己烷、石蜡油、苯、戊烷、辛烷、环己酮、甲苯环己酮、二氯苯、甲醇、乙醇、异丙醇、乙醚、环氧丙烷、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮、二醇衍生物、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙腈、吡啶、苯酚。在本专利技术的技术方案中，所述取向成型工艺为通过施加外力使得成型后的片状材料内部的填料呈现出取向结构的方法，取向成型工艺选自刮涂方法、双辊涂布方法、狭缝挤出方法，制备过程中通过施加外力获得片状材料，片状材料制备过程中湿膜厚度为0.1～1.0mm，获得片状材料干膜厚度为0.05～0.5mm。在本专利技术中，用于片状导热填料具有较大的面内尺寸与面外尺寸比(填料的横向尺寸与厚度比值)，在剪切力作用下可以形成平铺的取向结构。通过多层平铺取向结构的叠加与纵向切割工艺，即可得到片状导热填料垂直取向的材料(如图2所示)，进而为最终材料提供高的热导率。与此同时，材料中的导热填料与磁性填料可以为材料提供良好的电磁屏蔽作用。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所获材料的电导率随样品中填料粒子质量分数的增大而增大。在本专利技术的技术方案中，步骤2)中片状材料堆叠的层数多于10层。在本专利技术的技术方案中，所述垂直取向是指相对于层状复合材料的延展方向相垂直的，或者近似垂直的方向设置。示意图可参见图1。有益效果在本专利技术中，由于片状导热填料的高宽径比，片状导热填料之间可获得较小的接触电阻，通过取向成型工艺在水平面内增强填料的相互作用，使水平方向的导热网络形成。且热压使片状导热填料、导电或磁性填料和聚合物基质之间紧密结合，降低了填料和聚合物基质之间的界面热阻。本专利技术所述的复合材料，能够有效减少电磁波干扰，显著提高此材料的电磁屏蔽性能，具有高的各向异性热导率，实现复合材料高导电、高电磁屏蔽效能同时具有高的热导率的目标；同时，通过调节填料的种类和用量，意外获得具有协同效果的复合材料，其热导率，电导率和电磁屏蔽性能稳定、重现性好，且远远超过单独使用一种填料的效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有垂直取向结构的导热电磁屏蔽材料，所述垂直取向结构为层叠的片状材料，所述片状材料是以热塑性聚合物为基质，基质中包含填料；/n填料为导热填料和导电填料的组合、导热填料和磁性填料的组合、或导热填料以及导电填料和磁性填料的组合。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有垂直取向结构的导热电磁屏蔽材料，所述垂直取向结构为层叠的片状材料，所述片状材料是以热塑性聚合物为基质，基质中包含填料；
填料为导热填料和导电填料的组合、导热填料和磁性填料的组合、或导热填料以及导电填料和磁性填料的组合。


2.根据权利要求1所述的导热电磁屏蔽材料，垂直取向结构通过将包含热塑性聚合物的溶液和填料的浆料采用取向成型工艺制备成片状材料后，将片状材料层叠，然后进行热压获得。


3.具有垂直取向结构的导热电磁屏蔽材料的制备方法，包括以下步骤：
1)配制填料与热塑性聚合物的混合溶液，然后采用取向成型工艺制得片状材料，
2)将步骤1)所得片状材料层层叠加，再采用热压的方法将层层叠加的片状材料压合，
任选地，3)切割，得到具有垂直取向结构的导热电磁屏蔽材料；
填料为导热填料和导电填料的组合、导热填料和磁性填料的组合、导热填料以及导电填料和磁性填料的组合。


4.根据权利要求1或2所述的导热电磁屏蔽材料或权利要求3所述的制备方法，所述导热填料为片状导热填料，选自石墨、鳞片石墨、膨胀石墨、石墨烯、氮化硼、氮化铝、氧化铝、碳化硅中的一种或多种；
优选地，填料为石墨与导电填料的组合，石墨与磁性填料的组合。


5.根据权利要求1或2所述的导热电磁屏蔽材料或权利要求3所述的制备方法，所述导电填料选自炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、金粉、银粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡友根，陈菲，许亚东，田锭坤，王勇，赵涛，孙蓉，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，深圳先进电子材料国际创新研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44