固液两相金属-高分子导热相变复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了固液两相金属

【技术实现步骤摘要】
固液两相金属
‑
高分子导热相变复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于高分子复合材料
，具体涉及固液两相金属
‑
高分子导热相变复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]导热相变材料是重要的热界面材料之一，因为其发生相变时吸收大量的潜热，从而能将系统温度维持在一个狭窄的温度范围内，已经在电子元件散热领域取得了广泛的应用。
[0003]目前使用最为广泛的是有机相变材料，例如石蜡、多元醇等，是因为它们具有较宽的熔程，即在熔程区间内发生连续相转变行为，以满足不同温度下的散热需求。然而，这一类材料的缺点是导热系数小(0.15
‑
0.3W m
‑1K
‑1)，严重降低了其在系统应用中的散热效果。低熔点金属及其合金作为导热相变材料有热导率高、相变潜热大等优势，但金属的相变温度是固定的，极大地限制了其在实际应用中的使用范围。例如，液态金属镓(Ga)因其无毒、高热导率和低熔点(T
m
＝29.8℃)等特性而被作为一种新型相变材料用于电子设备的界面散热。但是，同传统的金属只有单一熔点的缺陷一样，镓在其熔点(29.8℃)之后便失去了相变能力，无法满足常见电子产品的散热需求(35
‑
100℃)。
[0004]导热高分子复合材料通常是指以聚合物为基体，以金属材料、碳材料以及陶瓷材料为导热填料，如银粉、铜纳米线、氧化铝(Al2O3)、氧化锌(ZnO)、石墨烯、金刚石、碳纳米管、氮化硼(BN)等，通过共混方法(机械搅拌、超声分散等)制得的高导热性复合材料，可作为导热脂、导热胶以及导热垫片等被广泛应用于微电子工业、家用电器、航空航天等领域。其中，金属填料因成本低、加工工艺简单、导热性能好而被广泛使用，然而，传统的金属填料(Ag、Cu、Al等)一般为纯固态，与高分子共混后存在明显的相界面，这不仅影响了热传递的效率，还会使复合材料的力学性能变差。
[0005]因此，如果能够同时解决导热相变材料和导热高分子复合材料的缺陷，寻求一种熔程范围宽且与高分子相容性好的金属填料，结合金属高导热性和高相变潜热的优点，就有可能制备出一种导热系数高且具有连续相转变能力的金属
‑
高分子导热相变复合材料，从而扩大导热相变复合材料的应用范围。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术的目的是提供固液两相金属
‑
高分子导热相变复合材料的制备方法，工艺简便。
[0007]技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]固液两相金属
‑
高分子导热相变复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)按重量份数包括以下组分：金属10～90份，高分子材料1～90份，并混合，得到混合后的物料；
[0010](2)对混合后的物料在大于10℃小于300℃范围内加热，使得处于固液共存相的金
属与熔融态的高分子材料进行物理混合，制得导热相变高分子复合材料；
[0011]进一步地，所述的步骤(1)中，还包括功能添加剂0～50份。
[0012]进一步地，所述的步骤(2)中，物理混合法为研磨分散、超声分散、机械搅拌分散方法中的至少一种。
[0013]进一步地，所述的金属在30℃的固相与液相的质量分数之比(固相率)大于2％小于99％。
[0014]进一步地，所述的金属占导热相变高分子复合材料的质量分数大于10％小于99％；当质量分数等于80％时，导热系数超过5W m
‑1K
‑1；当质量分数小于等于10％时，导热系数小于0.5W m
‑1K
‑1；当金属的固相率等于60％时，导热系数超过5W m
‑1K
‑1；当金属的固相率小于等于2％时，导热系数小于0.5W m
‑1K
‑1，当金属的固相率大于等于99％时，导热系数小于0.5W m
‑1K
‑1。
[0015]进一步地，所述的金属为合金，合金为锂、钠、钾、铷、铯、钫、铍、镁、钙、锶、钡、镭、钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、铝、镓、铟、铊、锗、锡、铅、锑、铋、钋、镧系、锕系、铈、镨、钕、钷、钐、铕、锘、铹、钆、铽、镝、钬、铒、铥、钍、镤、镱、镥、铀、镎、镄、钚、锔、锫、镅、锎、锿、钔金属元素中的至少两种。
[0016]进一步地，所述的金属为二元或二元以上合金；当金属为镓锌合金；镓锌合金中锌的质量分数为大于2％小于80％；当锡的质量分数小于等于2％时，导热系数小于0.5W m
‑1K
‑1，当锡的质量分数大于等于80％时，导热系数小于0.5W m
‑1K
‑1；当金属为铝镓合金；铝镓合金中铝的质量分数为大于10％小于95％；当铝的质量分数小于等于10％时，导热系数小于0.5W m
‑1K
‑1，当铝的质量分数大于等于95％时，导热系数小于0.5W m
‑1K
‑1；当金属为镓铟锡合金；镓铟锡合金中锡的质量分数为大于1％小于90％；当锡的质量分数小于等于1％时，导热系数小于0.5W m
‑1K
‑1，当锡的质量分数大于等于90％时，导热系数小于0.5W m
‑1K
‑1。
[0017]进一步地，所述的高分子材料为丙烯酸类树脂、石蜡、聚二甲基硅氧烷、甲基硅油、二甲基硅油、甲基苯基硅油、长链烷基硅油、氟烃基硅油、氯烃基改性硅油、聚二甲基硅氧烷、环氧树脂、聚乙烯、聚丁烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚醚酮、聚甲醛、聚碳酸酯、热固性聚氨酯脂、热塑性聚氨酯、乙烯基树脂、有机硅树脂、醇酸树脂、酚醛树脂、密胺树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯树脂、纤维素树脂、醛酮树脂、氟碳树脂、氯化聚丙烯、聚丙烯腈、聚苯醚酮、聚苯硫醚、聚偏二氯乙烯、聚丁二烯树脂、热固性聚酰亚胺、顺丁橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、异戊橡胶、三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶、聚硫橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、氯醚橡胶、尼龙、聚四氟乙烯中的一种或多种。
[0018]进一步地，将处于固液共存相的所述的金属用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂中的一种或多种进行改性，具体为：将偶联剂、醇、水混合，水解后得水解液，然后将金属置于水解液中搅拌、洗涤后烘干，得到改性金属；所述醇包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇中的一种；所述偶联剂：醇：水的体积比为1～10:3～50:10～100；所述水解时长为1～48h；所述烘干时长为0.1～4h。
[0019]进一步地，所述的功能添加剂包括防沉剂、抗氧剂、热稳定剂、增塑剂、润滑剂、着色剂、阻燃剂、抗静电剂或增稠剂中的至少一种；防沉剂为有机膨润土、气相二氧化硅、蓖麻油衍生物、改性氢化蓖麻油、改性聚脲的N—甲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.固液两相金属
‑
高分子导热相变复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按重量份数包括以下组分：金属10～90份，高分子材料1～90份，并混合，得到混合后的物料；(2)对混合后的物料在大于10℃小于300℃范围内加热，使得处于固液共存相的金属与熔融态的高分子材料进行物理混合，制得导热相变高分子复合材料。2.根据权利要求1所述的固液两相金属
‑
高分子导热相变复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，还包括功能添加剂0～50份。3.根据权利要求1所述的固液两相金属
‑
高分子导热相变复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，物理混合法为研磨分散、超声分散、机械搅拌分散方法中的至少一种。4.根据权利要求1所述的固液两相金属
‑
高分子导热相变复合材料的制备方法，其特征在于，所述的金属可通过相图调节其在30℃的固相与液相的质量分数之比大于2％小于99％。5.根据权利要求1所述的固液两相金属
‑
高分子导热相变复合材料的制备方法，其特征在于，所述的金属占导热相变高分子复合材料的质量分数大于10％小于99％；当质量分数等于80％时，导热系数超过5W m
‑1K
‑1；当质量分数小于等于10％时，导热系数小于0.5W m
‑1K
‑1；当金属的固相率等于60％时，导热系数超过5W m
‑1K
‑1；当金属的固相率小于等于2％时，导热系数小于0.5W m
‑1K
‑1，当金属的固相率大于等于99％时，导热系数小于0.5W m
‑1K
‑1。6.根据权利要求1所述的固液两相金属
‑
高分子导热相变复合材料的制备方法，其特征在于，所述的金属为合金，合金为锂、钠、钾、铷、铯、钫、铍、镁、钙、锶、钡、镭、钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、铝、镓、铟、铊、锗、锡、铅、锑、铋、钋、镧系、锕系、铈、镨、钕、钷、钐、铕、锘、铹、钆、铽、镝、钬、铒、铥、钍、镤、镱、镥、铀、镎、镄、钚、锔、锫、镅、锎、锿、钔金属元素中的至少两种。7.根据权利要求1所述的固液两相金属
‑
高分子导热相变复合材料的制备方法，其特征在于，所述的高分子材料为丙烯酸类树脂、石蜡、聚二甲基硅氧烷、甲基硅油、二甲基硅油、甲基苯基硅油、长链烷基硅油、氟烃基硅油、氯烃基改性硅油、聚二甲基硅氧烷、环氧树脂、聚乙烯、聚丁烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚醚酮、聚甲醛、聚碳酸酯、热固性聚氨酯脂、热塑性聚氨酯、乙烯基树脂、有机硅树脂、醇酸树脂、酚醛树脂、密胺树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯树脂、纤维素树脂、醛酮树脂、氟碳树脂、氯化聚丙烯、聚丙烯腈、聚苯醚酮、聚苯硫醚、聚偏二氯乙烯、聚丁二烯树脂、热固性聚酰亚胺、顺丁橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、异戊橡胶、三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶、聚硫橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、氯醚橡胶、尼龙、聚四氟乙烯中的一种或多种。8.根据权利要求1所述的固液两相金属
‑
高分子导热相变复合材料的制备方法，其特征在于，将处于固液共存相的所述的金属用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂中的一种或多种进行改性。9.根据权利要求2所述的固液两相金属
‑
高分子导热相变复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：张久洋，王花，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：