一种绝缘导热聚苯硫醚/碳纤维复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种绝缘导热聚苯硫醚/碳纤维复合材料及其制备方法，所述绝缘导热聚苯硫醚/碳纤维复合材料包括以下原料：聚苯硫醚，改性碳纤维，所述改性碳纤维是碳纤维在氨气气氛下经过等离子体处理，再浸渍于氨水中，最后表面接枝二茂铁甲醛和含氟醛得到；接枝改性时，二茂铁甲醛和含氟醛的摩尔比为10：1

【技术实现步骤摘要】
一种绝缘导热聚苯硫醚/碳纤维复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于聚苯硫醚复合材料
，具体涉及一种绝缘导热聚苯硫醚/碳纤维复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚苯硫醚(PPS)，是由苯环和硫原子交替排列而形成的刚性主链，主链上大量的苯环赋予了PPS大分子良好的刚性，硫原子则使PPS大分子具有一定的柔顺性，结构上大π键的存在使得PPS的性能非常稳定。聚苯硫醚因具有优异的耐热性、阻燃型、介电性能、尺寸稳定性、耐化学腐蚀、耐电子辐照，而广泛的应用于各个领域，日常生活中最常见于电子电气产品中，如电视机、电脑上的高压元件、外壳、插座、接线柱，电动机的起动线圈、叶片，电刷托架及转子绝缘部件，接触开关，继电器，电熨斗，吹风机，灯头，暖风机，F级薄膜等。
[0003]目前电子元器件的发展趋势是集成化，小型化，电子元器件的功率密度越来越高，这就导致需要进一步提高聚苯硫醚材料的导热性能。目前现有技术为进一步提高聚苯硫醚的导热性能和力学性能，往往加入一些功能性填料，其中碳纤维是应用最为广泛的材料。碳纤维具有重量轻，比强度大，模量高，导热性好的优点，而且化学稳定性好，能够提高聚苯硫醚的导热性和力学强度。聚苯硫醚/碳纤维复合材料近年来得到了长足的发展。但是碳纤维和聚苯硫醚的界面亲和力不好，其具有极强的表面惰性，是碳纤维和PPS树脂界面结合极弱，界面往往成为复合材料的应力集中区，是整个复合材料的薄弱点，限制了PPS材料的应用。
[0004]如何提高碳纤维和PPS的界面结合力，是聚苯硫醚/碳纤维复合材料研究的热点。现有技术普遍采用对碳纤维进行改性的方法以期能够改善复合材料的界面性能。目前对碳纤维改性的方法主要包括等离子体改性，偶联剂接枝，表面涂层，电化学沉积等方法。目前应用最为广泛的碳纤维改性方法是先将碳纤维等离子体表面处理，或者使用界面改性剂，使碳纤维表面带有一些化学活性基团，再和偶联剂接枝反应，得到改性碳纤维，再去和PPS一起制备复合材料。比如CN202110420484.5，CN202110869288.6、CN202111368686.6、CN202110648741.0、CN201811232542.6中报道的方法。但是这些方法虽然能够提高纤维和聚苯硫醚的相容性，因聚苯硫醚和大量的碳纤维之间形成巨大的界面，增加了声子散射，严重阻碍了声子的传播，即碳纤维提高导热性的功能没有得到充分发挥，聚苯硫醚复合材料的导热性并未得到充分的提高。而且上述方法所得复合材料耐候性还有待提升，在高温高湿环境下，碳纤维和PPS树脂的界面结合力会减弱，导致性能变差。
[0005]专利技术人在前的专利CN2022103810170采用氨气等离子体表面改性技术，使碳纤维表面带有丰富的氨基等活性基团，再和二茂铁甲醛接枝反应得到改性碳纤维，用于和PPS制备复合材料。能够明显提升复合材料的导热性和力学强度，同时复合材料的耐候性也得到了提高。但是由于二茂铁甲醛接枝后，由于表面丰富的共轭结构，提高了复合材料的导电性，使绝缘性能下降，在一些严格要求绝缘性的领域应用收到限制。此外，等离子处理的碳纤维表面时，氨基在碳纤维表面的分布还不够均匀，导致碳纤维表面局部氨基含量较高，而
局部含量又较低，容易导致材料的面内热导率和厚度热导率差距较大的情况，使得材料在某些方向的导热性能比其他方向好得多，这样可能导致热量集中，特别是对于微型电子元器件用PPS复合材料，会造成不利影响。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术中的聚苯硫醚/碳纤维复合材料在绝缘性、导热性、力学性能、耐候性的综合性能还有待进一步提升，本专利技术提出了一种绝缘导热聚苯硫醚/碳纤维复合材料及其制备方法。本专利技术通过以下技术方案得以实现：本专利技术首先提供了一种绝缘导热聚苯硫醚/碳纤维复合材料，包括以下原料：聚苯硫醚，改性碳纤维，所述改性碳纤维是碳纤维在氨气气氛下经过等离子体处理，再浸渍于氨水中，最后表面接枝二茂铁甲醛和含氟醛得到。
[0007]进一步地，聚苯硫醚和改性碳纤维的质量比为100：20
‑
40；更进一步地，所述聚苯硫醚重均分子量为2万
‑
6万；所述碳纤维为PAN短切碳纤维，其直径为1
‑
20μm，长为0.5
‑
10mm。
[0008]进一步地，所述含氟醛的碳原子为2
‑
6，并且氟原子≥3个。在本专利技术一个优选实施方式中，所述含氟醛选自五氟丙醛、3,3,3
‑
三氟丙醛、2,2,2
‑
三氟乙醛、4,4,4
‑
三氟丁醛、七氟丁醛、3,3,4,4,5,5,5
‑
七氟戊醛、九氟戊醛、2,2,3,3,4,4,5,5
‑
八氟戊醛中的至少一种。
[0009]进一步地，接枝改性时，二茂铁甲醛和含氟醛的摩尔比为10：1
‑
1.7，二茂铁甲醛和含氟醛的总用量和碳纤维质量比为0.17
‑
0.25：1，接枝后所得改性碳纤维的接枝率为11.5
‑
16.4%。
[0010]专利技术人预料不到地发现，使用一定比例复配的二茂铁甲醛和含氟醛，和碳纤维表面的氨基通过席夫碱反应，所得接枝改性的碳纤维和PPS复合后，能够在提高复合材料热导性、力学强度的同时，电阻率也不会明显升高。克服了专利技术人在前专利中，虽然通过对碳纤维进行改性提高了复合材料热导性和力学性能，但是绝缘性也相应变差的缺陷。
[0011]本专利技术对碳纤维表面胺化的处理步骤是先进行在氨气下的低温等离子体表面处理，再浸渍于氨水中。具体是在氨气气氛下等离子体处理，以氨气放电介质，对碳纤维表面就用低温等离子体进行处理；更为具体地，氨气的流量为30
‑
50mL/min，所述低温等离子反应室室中压力为30
‑
100Pa，所述碳纤维经过低温等离子体发射装置的速度为50
‑
100m/h，所述碳纤维距离低温等离子体发射装置20
‑
50mm，等离子体发射功率为100
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900W/束，处理温度为10
‑
20℃，处理时间为1
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5min。所述氨水的浓度为10
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15wt%，浸渍时间5
‑
10s。
[0012]经过上述等离子体处理后，碳纤维表面带有丰富的氨基，可以用于进一步的化学接枝改性，但是氨基分布不够均匀，导致后续的化学接枝也不够均匀。专利技术人在经过氨低温等离子体处理之后的碳纤维，快速地浸渍于氨水中，可以改善氨基在碳纤维表面的分布情况，进而使改性碳纤维接枝醛基的分布也更加均匀，最终能够降低面内热导率和厚度热导率之间的差距，使所得聚苯硫醚/碳纤维材料的导热性更加均匀。
[0013]进一步地，所述改性碳纤维通过包括以下步骤的制备方法得到：S1)对碳纤维进行超声清洗，真空干燥后，以氨气为放电介质，用低温等离子体对碳纤维表面进行处理，处理后的碳纤维浸渍于氨水中，浸渍时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绝缘导热聚苯硫醚/碳纤维复合材料，其特征在于，包括以下原料：聚苯硫醚，改性碳纤维，所述改性碳纤维是碳纤维在氨气气氛下经过等离子体处理，再浸渍于氨水中，最后表面接枝二茂铁甲醛和含氟醛得到；接枝改性时，二茂铁甲醛和含氟醛的摩尔比为10：1
‑
1.7。2.根据权利要求1所述的绝缘导热聚苯硫醚/碳纤维复合材料，其特征在于，所述聚苯硫醚和改性碳纤维的质量比为100：20
‑
40；所述聚苯硫醚重均分子量为2万
‑
6万；所述碳纤维为PAN短切碳纤维，其直径为1
‑
20μm，长为0.5
‑
10mm。3.根据权利要求1所述的绝缘导热聚苯硫醚/碳纤维复合材料，其特征在于，所述含氟醛的碳原子为2
‑
6，并且氟原子≥3个。4.根据权利要求3所述的绝缘导热聚苯硫醚/碳纤维复合材料，其特征在于，所述含氟醛选自五氟丙醛、3,3,3
‑
三氟丙醛、2,2,2
‑
三氟乙醛、4,4,4
‑
三氟丁醛、七氟丁醛、3,3,4,4,5,5,5
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七氟戊醛、九氟戊醛、2,2,3,3,4,4,5,5
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八氟戊醛中的至少一种。5.根据权利要求1所述的绝缘导热聚苯硫醚/碳纤维复合材料，其特征在于，二茂铁甲醛和含氟醛的总用量和碳纤维质量比为0.17
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0.25：1；或者接枝后所得改性碳纤维的接枝率为11.5
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16.4%。6.根据权利要求1所述的绝缘导热聚苯硫醚/碳纤维复合材料，其特征在于，等离子体处理条件是氨气的流量为30
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50mL/min，低温等离子反应室室中压力为30
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100Pa，所述碳纤维经过低温等离子体发射装置的速度为50

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建军，郑俊，李洋，李海鹏，张鸣中，
申请(专利权)人：江西聚真科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：