一种等离子体改性六方氮化硼/树脂复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种等离子体改性六方氮化硼/树脂复合材料的制备方法，本发明专利技术的复合材料以氮化硼填料为主体，以树脂为基体，主要通过等离子体处理，制备高导热复合材料。本发明专利技术通过等离子体放电处理，将化合物在气相中解离成为自由基，然后沉积在氮化硼表面形成包覆膜；包覆膜与树脂基的两种分子链段在两相界面处相互浸润，从而形成良好的黏合，改善了传统的填料与树脂基体较难相容且分散不均匀的情况，进而提高复合材料的热导率。

【技术实现步骤摘要】
一种等离子体改性六方氮化硼/树脂复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种等离子体改性六方氮化硼/树脂高导热复合材料的制备方法，属于高分子化学与热管理材料及其制备

技术介绍
随着电子产品和电子集成的广泛应用，电子元器件的散热问题日益突出。在使用过程中，导热性差会使工作环境温度急剧上升，影响电子器件的稳定性，甚至造成器件损坏。铝和铜是电子器件中最常见的导热材料，但其密度太大，重量太大，不能作为大型LED照明和移动电子设备的散热外壳。此外，这些金属材料的热膨胀系数与半导体设备不兼容，可能会损坏热接触界面，最终影响设备。而以导热填料填充聚合物所制备的复合材料具有重量轻、柔韧性好、电绝缘性好、导热系数高等优点。在众多的导热填料中，六方氮化硼（hBN）具有类似石墨的层状结构，具有高热导率(面内热导率约为600W/mK和5.9eV的宽带隙，使其具有优异的电绝缘性能。此外，hBN还具有优异的抗氧化性和耐化学腐蚀性；但同时也因为氮化硼具有的理化惰性，导致其层与层之间难以剥离，以及难以进行表面改性修饰。从而使得传统的制备流程导致填料与基体之间两相难以兼容，以至于制备的复合材料产生较差的性能。近几年来人们尝试利用化学交联剂对氮化硼进行改性，但是交联剂的使用使得聚合物中掺入了多余的材料，对设备以及环境产生一定的影响，并且多数反应需要的高温高压，制备周期长等条件。等离子体具有有较高的电离和分解程度，用于有机反应的低温等离子体，多由13.56MHz射频低压辉光放电，其能量为2~5eV，恰好与化合物的键能相当。高能态的等离子体粒子在气相中轰击分子表面，使链断裂，产生自由基，然后沉积在基板上成膜。因此，等离子体处理法对于填充型导热材料的制备，有着很大的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有导热材料及技术的不足，提供等离子体改性六方氮化硼/树脂高导热复合材料的制备方法，利用该方法制备的复合材料具有优良的导热性能和力学性能。为达成上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种等离子体改性六方氮化硼/树脂高导热复合材料的制备方法，包括如下步骤，步骤（1），将六方氮化硼粉末放入石英管中，并在所述石英管底接入化合物，通入气体后打开射频源，在气相中辉光放电产生等离子体plasma，随后加热所述化合物；使得化合物挥发至所述石英管内进行反应，处理后得到的管内粉末为改性氮化硼FBN；步骤（2），将树脂材料与固化剂进行混合，并加热搅拌至树脂材料完全溶解，再向其中加入前述步骤中得到的FBN粉末，保持温度继续搅拌该FBN树脂混合物；步骤（3），将前述步骤中的FBN树脂混合物进行预固化，再进行热压操作，取出压片进行热固化，最终得到等离子体改性六方氮化硼/树脂高导热复合材料。进一步的，所述步骤（1）中，石英管底接入的化合物为烷烯烃、氢气以及其他可解离物；通入的气体为惰性气体，包括但不限于氩气。产生Plasma的射频源功率为300W，石英管内压强保持在280Pa，此压强与惰性气体也构成启辉条件，处理时长为5min。进一步的，所述步骤（2）中，树脂材料包括但不限于环氧树脂或聚乙烯醇。所述步骤（2）中，固化剂为T-31。进一步的，所述步骤（3）中，热压操作的压强为220MPa，热压的温度为80℃。本专利技术的有益效果是：使用等离子体在惰性气相中辉光放电，对氮化硼表面进行刻蚀，使得晶格产生空位，然后加热的化合物溶液被加热挥发至气相中，高能粒子使得化合物气体裂解成为自由基；自由基与氮化硼表面结合，并逐渐沉积成膜。整个反应与传统高温条件相比，极大地提高了反应速率，降低了反应温度，同时等离子体操作便捷，成本低，提高了效率。氮化硼表面的包覆膜，与树脂基体进一步浸润，从而改善了填料与聚合物的连接，极大地提高了填料与基体两相相容性，在高效利用氮化硼导热的同时，完善了复合材料紧致的复合结构。同时，由于等离子体的应用，使得反应要求条件较低，成本低，提高了反应效率，极大地缩短了反应时间，使得整个操作高效便捷，为高分子材料与热管理材料领域的应用提供了支持。附图说明图1是实施例1中原始氮化硼的电镜（SEM）示意图。图2是实施例1中改性氮化硼的电镜（SEM）示意图。图3是实施例1中原始氮化硼以及改性氮化硼的红外光谱（FTIR）对照图，其中（a）为原始氮化硼及改性氮化硼在2850～3100cm-1波段的FTIR图，（b）为原始氮化硼及改性氮化硼在680～720cm-1波段的FTIR图。图4是实施例2中原始氮化硼以及改性氮化硼的红外光谱（FTIR）对照图。具体实施方式为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。实施例1：改性氮化硼/环氧树脂导热复合材料。步骤1，将氮化硼粉末放置在石英管内，通入惰性气体9.6sccmAr，控制石英管内压强为280Pa，打开射频源（设置功率300W）产生等离子体，并加热石英管底的甲苯。自由基在氮化硼表面沉积，并形成包覆膜，制备出改性氮化硼（FBN）。步骤2，将EP与固化剂T-31进行混合，并加热搅拌至树脂完全溶解，再向其中加入上述的FBN粉末，继续保持温度搅拌。加热搅拌的温度为40℃。步骤3，将FBN树脂混合物进行80℃预固化30min，再进行220MPa、80℃热压操作，最后取出压片进行最后的120℃热固化1h，得到复合材料（FBN/EP）。所制备的FBN/EP（质量分数73.86wt%），使用德国耐驰LFA467热导仪测量复合材料的热扩散系数，其面内热扩散系数为6.533mm2/s，垂直热扩散系数为0.973mm2/s；面内热导率为13.194W/mK，垂直热导率为1.965W/mK。实施例2：改性氮化硼/聚乙烯醇导热复合材料。步骤1，将氮化硼粉末放置在石英管内，通入惰性气体9.6sccmAr，控制石英管内压强为280Pa，打开射频源（设置功率300W）产生等离子体，并加热石英管底的去离子水。自由基在氮化硼表面接枝，制备出改性氮化硼（FBN）。步骤2，将改性氮化硼粉末与聚乙烯醇溶液（质量分数为25wt%）混合，然后将混合物放置烘箱中，80℃、90min烘干后，取出进行220MPa、80℃热压操作。步骤3，最后取出压片（质量分数87.60wt%），使用德国耐驰LFA467热导仪测量复合材料的热扩散系数，其面内热扩散系数为7.606mm2/s，垂直热扩散系数为3.601mm2/s；面内热导率为12.048W/mK，垂直热导率为5.704W/mK。虽然本专利技术已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本专利技术。本专利技术所属
中具有通常知识者，在不脱离本专利技术的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本专利技术的保护范围当视权利要求书所界定者为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等离子体改性六方氮化硼/树脂高导热复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，/n步骤（1），将六方氮化硼粉末放入石英管中，并在所述石英管底接入化合物，通入气体后打开射频源，在气相中辉光放电产生等离子体plasma，随后加热所述化合物；使得化合物挥发至所述石英管内进行反应，处理后得到的管内粉末为改性氮化硼FBN；/n步骤（2），将树脂材料与固化剂进行混合，并加热搅拌至树脂材料完全溶解，再向其中加入前述步骤中得到的FBN粉末，保持温度继续搅拌该FBN树脂混合物；/n步骤（3），将前述步骤中的FBN树脂混合物进行预固化，再进行热压操作，取出压片进行热固化，最终得到等离子体改性六方氮化硼/树脂高导热复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种等离子体改性六方氮化硼/树脂高导热复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤（1），将六方氮化硼粉末放入石英管中，并在所述石英管底接入化合物，通入气体后打开射频源，在气相中辉光放电产生等离子体plasma，随后加热所述化合物；使得化合物挥发至所述石英管内进行反应，处理后得到的管内粉末为改性氮化硼FBN；
步骤（2），将树脂材料与固化剂进行混合，并加热搅拌至树脂材料完全溶解，再向其中加入前述步骤中得到的FBN粉末，保持温度继续搅拌该FBN树脂混合物；
步骤（3），将前述步骤中的FBN树脂混合物进行预固化，再进行热压操作，取出压片进行热固化，最终得到等离子体改性六方氮化硼/树脂高导热复合材料。


2.根据权利要求1所述的等离子体改性六方氮化硼/树脂高导热复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，石英管底接入的化合物为烷烯烃、氢气以及其他...

【专利技术属性】
技术研发人员：余柯涵，武文杰，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32