环氧树脂基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种环氧树脂基复合材料及其制备方法，其中，所述环氧树脂基复合材料包括：聚合物前驱体和导热填料，所述导热填料负载于所述聚合物前驱体中；其中，所述聚合物前驱体包括环氧树脂、固化剂和促进剂，所述导热填料包括至少两种不同粒径的球形氧化铝。由此，该环氧树脂基复合材料具有热导率高和介电损耗较低的优点。损耗较低的优点。损耗较低的优点。

【技术实现步骤摘要】
环氧树脂基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种环氧树脂基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，聚合物以及复合材料已广泛应用于电气设备和集成电路的绝缘和塑料封装领域。例如，环氧树脂(EP)具有化学稳定性好、机械性能高、价格低和电绝缘性能优良等特点，适用于高低压电器、电机和电子元器件的绝缘和封装。然而，环氧树脂由于自身热导率较低，导致其正常使用过程中的温升过高，从而加速绝缘层劣化，因此对环氧树脂的导热和介电性能提出了更高的要求。
[0003]为提高环氧树脂的热导率，通常将具有高热导率的无机填料添加到聚合物前驱体中。例如，Park等人在“Thermal conductivity of MWCNT/epoxy composites:the effect of length,alignment and functionalization”(《Carbon》,2012,50,2083
‑
2090)一文中，将短多壁碳纳米管和长多壁碳纳米管分别添加在环氧树脂基体中，使得环氧树脂复合材料的热导率在短多壁碳纳米管填充量为60wt％时可以达到20W
·
m
‑1·
K
‑1，而在长多壁碳纳米管填充量为60wt％时可以达到55W
·
m
‑1·
K
‑1。但是，随着导电填料的加入，会使环氧树脂复合材料的介电损耗显著降低。
[0004]此外，基于最密堆积模型(Dinger<br/>‑
Funk方程)，Mao及其同事在“Particle Packing Theory Guided Thermal Conductive Polymer Preparation and Related Properties”(《ACS Appl.Mater.Interfaces》,2018,10,39,33556
–
33563)一文中，设计了一种具有不同粒度分布的球形铝(Al)粉的多尺度填充系统，并将其填充到硅橡胶基体中。在50vol％的最密填充填料填充量下，导热系数提高了1.38120W
·
m
‑1·
K
‑1，这归因于适当的多尺度填充颗粒形成的导热链。然而，铝的高成本导致其在工业生产过程中的价格劣势，此外介电损耗会随着填料的增加而显著提高。
[0005]因此，如何提高环氧树脂复合材料的导热性能与介电性能，并优化环氧树脂复合材料的加工工艺，成为亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种环氧树脂基复合材料及其制备方法，该环氧树脂基复合材料具有热导率高和介电损耗较低的优点。
[0007]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种环氧树脂基复合材料。根据本专利技术的实施例，所述环氧树脂基复合材料包括：
[0008]聚合物前驱体；
[0009]导热填料，所述导热填料负载于所述聚合物前驱体中；
[0010]其中，所述聚合物前驱体包括环氧树脂、固化剂和促进剂，所述导热填料包括至少
两种不同粒径的球形氧化铝。
[0011]根据本专利技术实施例的环氧树脂基复合材料，通过将包括至少两种不同粒径的球形氧化铝的导热填料负载于包括环氧树脂、固化剂和促进剂的聚合物前驱体中，至少两种不同粒径的球形氧化铝的导热填料在聚合物前驱体中形成紧密的搭接结构和良好的界面相容性，从而形成强大的导热通路，提高复合材料的热导率，同时不同粒径组合的氧化铝填料具有优异的绝缘性，从而使得所得复合材料具有较低的介电损耗。由此，本申请的环氧树脂基复合材料具有环氧树脂基复合材料具有热导率高和介电损耗较低的优点。
[0012]另外，根据本专利技术上述实施例的环氧树脂基复合材料还可以具有如下附加的技术特征：
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述环氧树脂、所述固化剂、所述促进剂与所述导热填料的质量比为100：(10～30)：(1～2)：(40～60)。由此，可以使得导热填料更好地负载于包括环氧树脂、固化剂和促进剂所形成的聚合物前驱体中。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，所述球形氧化铝的粒径为3～180μm。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，所述导热填料包括第一粒径球形氧化铝、第二粒径球形氧化铝和第三粒径球形氧化铝，其中，所述第一粒径球形氧化铝的粒径为3～17μm，所述第二粒径球形氧化铝的粒径为18～52μm，所述第三粒径球形氧化铝的粒径为53～172μm。由此，可以提高复合材料的热导率以及降低其介电损耗。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述第一粒径球形氧化铝、所述第二粒径球形氧化铝和所述第三粒径球形氧化铝的质量比为(15～40)：(20～30)：(30～60)。由此，可以提高复合材料的热导率以及降低其介电损耗。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、双酚F型环氧树脂和酚醛环氧树脂中的至少之一；优选40℃以下为液态的双酚A型环氧树脂。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，所述固化剂包括二氨基二苯基砜、4,4'
‑
二羟基联苯、4,4'
‑
二氨基联苯、4,4'
‑
二氨基二苯砜、4,4'
‑
二氨基二苯醚和N,N
‑
二四基六氢苯酐中的至少之一；
[0019]在本专利技术的一些实施例中，所述促进剂包括咪唑、2
‑
甲基咪唑和N
‑
乙烯基咪唑中的至少之一。
[0020]在本专利技术的第二个方面，本专利技术提出了一种制备环氧树脂基复合材料的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：
[0021](1)将环氧树脂、固化剂与促进剂混合，以便得到聚合物前驱体；
[0022](2)将不同粒径的球形氧化铝与所述聚合物前驱体混合，以便得到分散悬浊液；
[0023](3)将所述分散悬浊液进行固化，以便得到环氧树脂基复合材料。
[0024]根据本专利技术实施例的制备环氧树脂基复合材料的方法，通过将环氧树脂、固化剂与促进剂混合，得到聚合物前驱体，然后将不同粒径的球形氧化铝和聚合物前驱体进行混合，得到分散悬浊液，最后将分散悬浊液进行固化即可得到环氧树脂基复合材料，其中不同粒径的球形氧化铝在聚合物前驱体中形成紧密的搭接结构和良好的界面相容性，从而形成强大的导热通路，提高复合材料的热导率，同时不同粒径组合的氧化铝填料具有优异的绝缘性，从而使得所得复合材料具有较低的介电损耗。由此，采用该方法可以得到具有热导率
高和介电损耗较低的环氧树脂基复合材料，同时该方法无需采用特殊试剂，对环境和人体危害小，工艺简单，原料配方合理，易推广，实用性强。
[0025]另外，根据本专利技术上述实施例的制备上述环氧树脂基复合材料的方法还可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环氧树脂基复合材料，其特征在于，包括：聚合物前驱体；导热填料，所述导热填料负载于所述聚合物前驱体中；其中，所述聚合物前驱体包括环氧树脂、固化剂和促进剂，所述导热填料包括至少两种不同粒径的球形氧化铝。2.根据权利要求1所述的环氧树脂基复合材料，其特征在于，所述环氧树脂、所述固化剂、所述促进剂与所述导热填料的质量比为100：(10～30)：(1～2)：(40～60)。3.根据权利要求1所述的环氧树脂基复合材料，其特征在于，所述球形氧化铝的粒径为3～180μm。4.根据权利要求1或3所述的环氧树脂基复合材料，其特征在于，所述导热填料包括第一粒径球形氧化铝、第二粒径球形氧化铝和第三粒径球形氧化铝，其中，所述第一粒径球形氧化铝的粒径为3～17μm，所述第二粒径球形氧化铝的粒径为18～52μm，所述第三粒径球形氧化铝的粒径为53～172μm。5.根据权利要求4所述的环氧树脂基复合材料，其特征在于，所述第一粒径球形氧化铝、所述第二粒径球形氧化铝和所述第三粒径球形氧化铝的质量比为(15～40)：(20～30)：(30～60)。6.根据权利要求1所述的环氧树脂基复合材料，其特征在于，所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、双酚F型环氧树脂和酚醛环氧树脂中的至少之一；任选地，...

【专利技术属性】
技术研发人员：党智敏，冯启琨，宋延晖，张涌新，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：