导热聚合物、导热聚合物复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种导热聚合物、导热聚合物复合材料及其制备和应用，属于功能高分子复合材料领域。本发明专利技术提供一种导热聚合物材料的制备方法，所述制备方法为：先将高分子纤维加捻、定捻得到高分子纤维束，再将高分子纤维束加工成纤维布并定型得导热聚合物材料。本发明专利技术提供了一种能同时实现水平和垂直方向高导热的聚合物材料的制备方法，利用该方法制得的导热聚合物材料具有优异的导热性能(能够同时实现水平和垂直方向的高导热性能)，良好的绝缘性与力学性能，该导热材料可用作PCB电路板基板材料，导热封装或外壳材料。导热封装或外壳材料。

【技术实现步骤摘要】
导热聚合物、导热聚合物复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种导热聚合物、导热聚合物复合材料及其制备方法和应用，属于功能高分子复合材料领域。

技术介绍

[0002]近年来，随着电子产品集成化、小型化和高功率化程度的提高，电子设备的热管理问题也越来越突出，高热流密度及温度的不均匀分布等问题严重影响了电子设备的寿命和可靠性。数据显示，在电子设备中，百分之五十五的性能问题源自于温度，由此可以说明电子器件中热管理问题的重要性。印刷电路板(PCB)是电子元器件连接的重要载体，也是电子器件热管理材料中的重要组成部分，它主要由电子玻纤布或其他增强材料浸入聚合物树脂，单面或两面覆以铜箔并经热压制得，但现有印刷电路板很难同时满足高导热性能和力学性能，更难根据需求调控导热方向、同时实现水平和垂直多个方向的导热。除此之外，电子器件的热管理也常用到一些相变材料，通过依靠相变材料在特定温度的巨大热焓，可以使电子器件的温度保持在较低的工作温度，然而相变材料的高导热和高热焓也是一个巨大的挑战。
[0003]高分子聚合物密度比较低，一般具有良好的绝缘性能，介电常数也小于金属等材料，为其在小型、高集成化电子设备的应用提供了保障，因为纯聚合物的导热系数通常很小，研究人员会通过向聚合物中添加具有高导热性能的填料提高材料的导热性能。但常见的填料型导热聚合物材料有很多局限性，例如这类材料通常只能在填料的取向方向上实现单一方向的高导热，而在其他方向上导热性能很差，而对于少部分能够同时实现水平和垂直方向导热性能的填料型复合材料，他们在两个方向上的导热系数都很低，通常在2
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4W/m K范围内。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种能同时实现水平和垂直方向高导热的聚合物材料的制备方法，利用该方法制得的导热聚合物材料具有优异的导热性能(能够同时实现水平和垂直方向的高导热性能)，良好的绝缘性与力学性能，该导热材料可用作PCB电路板基板材料，导热封装或外壳材料。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种导热聚合物材料的制备方法，所述制备方法为：先将高分子纤维加捻、定捻得到高分子纤维束，再将高分子纤维束加工成纤维布并定型即得导热聚合物材料。
[0007]进一步，将高分子纤维加捻、定捻得到高分子纤维束的捻系数为10～120。
[0008]进一步，所述高分子纤维选自：超高分子量聚乙烯纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维、尼龙纤维、聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚酯纤维、聚对苯二甲酸丁二酯纤维、聚2,5
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二羟基
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1,4
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苯撑并二咪唑纤维或芳纶纤维中的至少一种。
[0009]进一步，所述将高分子纤维束加工成纤维布采用编制或纺织的方法。
[0010]进一步，所述定捻采用包浆工艺，其中，所采用的包浆材料选自：聚乙烯醇(PVA)聚氨酯(PU)或酚醛树脂等。
[0011]本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种导热聚合物材料，其采用上述方法制得。
[0012]进一步，所述导热聚合物材料的水平和垂直方向均高导热：水平方向导热系数≥5W/m K，垂直方向导热系数≥8W/m K。
[0013]本专利技术要解决的第三个技术问题是提供一种能够同时提高高分子纤维材料水平方向和垂直方向导热性能的方法，所述方法为：先将高分子纤维材料加捻、定捻得到高分子纤维束，再将高分子纤维束加工成纤维布并将其定型。
[0014]进一步，将高分子纤维材料加捻、定捻得到的高分子纤维束的捻系数在10～120。
[0015]进一步，所述定捻采用包浆工艺，其中，所采用的包浆材料选自：聚乙烯醇(PVA)聚氨酯(PU)或酚醛树脂等。
[0016]本专利技术要解决的第四个技术问题是提供一种导热聚合物复合材料的制备方法，所述复合材料的制备方法为：先将高分子纤维材料加捻、定捻得到高分子纤维束，再将高分子纤维束加工成结构整齐的纤维布；最后将纤维布与可固化材料或相变材料复合得到导热聚合物复合材料。
[0017]进一步，将高分子纤维材料加捻、定捻得到的高分子纤维束的捻系数在10～120。
[0018]进一步，所述导热聚合物复合材料中，所述纤维布的体积分数为20％～45％，所述可固化材料或相变材料的加入量占导热聚合物复合材料体积的55％～80％。即纤维布占复合材料总体积的20％～45％。
[0019]进一步，所述可固化材料为可固化的高分子聚合物或其单体、预聚物；相变材料为金属类、盐类或有机物类。
[0020]进一步，所述可固化材料中的可固化高分子聚合物选自：热固性聚合物、光固化性聚合物或相变储能聚合物等可塑性聚合物。
[0021]更进一步，所述可塑性的热固性聚合物选自：聚二甲基硅氧烷、酚醛树脂、聚酰亚胺、或环氧树脂等；所述可相变的有机材料选自：石蜡、脂肪酸及其衍生物等。
[0022]本专利技术要解决的第五个技术问题是提供一种导热聚合物复合材料，其采用上述方法制得。
[0023]本专利技术要解决的第六个技术问题是提供上述导热聚合物复合材料的应用：可用PCB电路板材料，导热封装或外壳材料，热能输送、热电、热能存储等领域。
[0024]本专利技术的有益效果：
[0025]本专利技术导热聚合物复合材料的制备方法具有以下显著优点：(1)选用的高分子纤维具有很好的导热性能；(2)选用高分子纤维为原料制备高导热复合材料，价格低廉易于商业化；(3)通过将高分子纤维材料利用编织或纺织等方法得到纤维布制备的导热复合材料的导热性能优异，质轻绝缘且韧性好；(3)能够调控其导热性能，同时实现水平和垂直方向导热；(4)制备方法简便易行，易于产业化。
具体实施方式
[0026]本专利技术选择经过高度拉伸的高分子纤维如超高分子量聚乙烯纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维和芳纶纤维等，他们的分子链中没有多余的侧基，且经过高强度拉伸之后，分子链取向十分整齐，降低了分子链之间的声子散射，具有很高的机械强度和热导率，相比于常规的导热填料有着巨大优势。同时在这些高分子纤维中，热量几乎完全沿纤维传输，可以通过调节纤维束的组合形状控制热量传输通道，进而可以实现水平和垂直方向上的高导热传输。
[0027]本专利技术通过对高分子纤维束加捻，再利用编织或纺织等方式得到高分子纤维布结构，然后将纤维布中填充入热固性聚合物或相变材料，经过高温或光照或调节温度定型，再去除表面多余可固化或相变物质得到在水平和垂直方向上具有高导热性的导热聚合物复合材料。
[0028]本专利技术的机理为：声子散射是造成高分子复合材料导热性能降低的主要原因，高度拉伸的高分子纤维材料的分子链上没有多余的侧基，同时高强度拉伸之后，分子链取向十分整齐，降低了分子链之间的声子散射，具有很高的机械强度和热导率；本专利技术通过将高分子纤维制备成规整的纤维布复合材料的形式，提供了沿水平方向和垂直方向的热传导路径，将整个复合材料的声子散射集中在微观的高分子链本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导热聚合物材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：先将高分子纤维加捻、定捻得到高分子纤维束，再将高分子纤维束加工成纤维布并定型得导热聚合物材料。2.根据权利要求1所述的一种导热聚合物材料的制备方法，其特征在于，将高分子纤维加捻、定捻得到高分子纤维束的捻系数为10～120；进一步，所述高分子纤维选自：超高分子量聚乙烯纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维、尼龙纤维、聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚酯纤维、聚对苯二甲酸丁二酯纤维、聚2,5
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二羟基
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1,4
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苯撑并二咪唑纤维或芳纶纤维中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的一种导热聚合物材料的制备方法，其特征在于，所述定捻采用包浆工艺，其中，所采用的包浆材料选自聚乙烯醇、聚氨酯或酚醛树脂。4.一种导热聚合物材料，其特征在于，所述导热聚合物材料采用权利要求1～3任一项所述的方法制得。5.根据权利要求4所述的导热聚合物材料，其特征在于，所述导热聚合物材料的水平方向导热系数≥5W/m K，垂直方向导热系数≥8W/m K。6.一种同时提高高分子纤维材料水平方向和垂直方向导热性能的方法，其特征在于，所述方法为：先将高分子纤维材料加捻、定捻得到高分子纤维束，再将高分子纤维束加工成纤维布并将其定型。7.根据权利要求6所述的同时提高高分子纤维材...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凯，陈馨，傅强，陈枫，张琴，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：