一种导热各向异性聚酰胺酰亚胺复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种导热各向异性聚酰胺酰亚胺复合材料及其制备方法，解决现有技术中聚酰胺酰亚胺的导热性能和力学性能之间的相互矛盾问题。所述复合材料按重量份包含的原料有：聚酰胺酰亚胺100份；六方氮化硼10～30份；偶联剂0.5～2份；聚酰胺酸1～2份；缩合剂0.05～0.1份；所述六方氮化硼为微米级六方氮化硼与纳米级六方氮化硼复配得到的六方氮化硼微纳粉。本发明专利技术采用具有绝缘性的六方氮化硼作为导热填料，通过六方氮化硼的微纳复配减少填料添加量，同时对六方氮化硼进行表面处理提高与基体相容性；采用溶液共混的方式提高了导热填料的分散性；采用熔融加工使熔体受剪切作用从而形成填料高度取向的导热各向异性聚酰胺酰亚胺复合材料。复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种导热各向异性聚酰胺酰亚胺复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于高分子材料领域，尤其涉及一种导热各向异性聚酰胺酰亚胺复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着信息技术的飞速发展，电子产品向集成化和轻量化的方向发展，其局部散热问题亟需解决。聚酰胺酰亚胺(PAI)是一种高性能工程塑料，具有优异的耐高低温性能、电绝缘性、力学性能以及耐腐蚀性能，因而被广泛应用于电子元器件领域。由于PAI的热导率较低，不利于散热，其作为热界面材料方面的应用受到限制。
[0003]为提高聚合物的导热性能，在聚合物基体中引入高导热填料是研究人员常见的做法；聚酰胺酰亚胺(PAI)的导热改性亦可采取此种方法。但是高导热填料添加量少时高导热填料间相互隔离无法搭接形成导热网络，还会引入较多界面，造成严重的声子散射，导致复合材料导热性能提升幅度不大。当高导热填料添加量较大时，导热性能虽会有显著提高，但过多的高导热填料添加量会导致的复合材料加工性能与力学性能的劣化。现有技术中有通过优化控制导热填料的加入量的方式来改善聚酰胺酰亚胺(PAI)的导热性能，如中国专利201210244852.6
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《用于LED光源的阻燃导热绝缘聚酰胺酰亚胺组合物及其制备方法》曾采用氮化硼粉末来改善聚酰胺酰亚胺(PAI)的导热性能。虽然该专利技术中对氮化硼粉末的加入量进行了优化，但是其得到的复合材料的拉伸强度在50MPa左右，机械性能依旧不够理想。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种导热各向异性聚酰胺酰亚胺复合材料及其制备方法，解决现有技术中PAI的导热性能和力学性能之间的相互矛盾问题。
[0005]本专利技术采取的技术方案如下：
[0006]一种导热各向异性聚酰胺酰亚胺复合材料，所述复合材料由以下重量份的原料制备而成：
[0007][0008]所述六方氮化硼为微米级六方氮化硼与纳米级六方氮化硼复配得到的六方氮化硼微纳粉。
[0009]进一步优选的，上述微米级六方氮化硼的平均粒度为10～50μm；所述纳米级六方氮化硼的平均粒度为20～200nm。在此粒度范围内的六方氮化硼分散性较好且价格适宜。
[0010]进一步优选的，上述六方氮化硼微纳粉中微米级六方氮化硼与纳米级六方氮化硼的质量比为10:(1～3)。微米级六方氮化硼起主要导热作用；少量纳米级六方氮化硼起搭接作用，在该种比例配比范围内使导热网络更加完善。
[0011]进一步优选的，上述偶联剂为氨基硅烷偶联剂。氨基硅烷偶联剂是因为含有氨基，能够与后续步骤中聚酰胺酸中的羧基反应。
[0012]进一步优选的，上述缩合剂为EDCI、DCC或DIC缩合剂中的任一种。
[0013]基于同一技术构思，本专利技术还提供制备上述复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)六方氮化硼微纳粉处理：
[0015]将六方氮化硼微纳粉经混合酸处理后，再加入到偶联剂溶液中反应，而后得到偶联剂处理的六方氮化硼微纳粉；
[0016]将偶联剂处理的六方氮化硼微纳粉加入到聚酰胺酸溶液中分散后，再加入缩合剂进行脱水缩合反应，得到表面处理的六方氮化硼微纳粉；
[0017](2)聚酰胺酰亚胺复合材料分散液制备：
[0018]将表面处理的六方氮化硼微纳粉加入到非质子极性溶剂中溶解分散获得六方氮化硼微纳分散液；将聚酰胺酰亚胺粉末同样溶解在非质子极性溶剂中得到聚酰胺酰亚胺粉末溶液；将聚酰胺酰亚胺粉末溶液与六方氮化硼微纳分散液混合，搅拌分散均匀，得到聚酰胺酰亚胺复合材料分散液；
[0019](3)树脂颗粒制备与复合材料成型：
[0020]将聚酰胺酰亚胺复合材料分散液倒入水中沉析捣碎，然后依次进行抽滤、洗涤、抽滤、干燥得到树脂粉；树脂粉经熔融挤出、冷却、造粒、干燥得到树脂颗粒；
[0021]最后将树脂颗粒加入到复合成型机器中通过剪切作用成型得到导热各向异性聚酰胺酰亚胺复合材料。
[0022]进一步优选的，上述混合酸为浓硝酸与浓硫酸的混合酸，浓硝酸与浓硫酸的体积比为1:(1～3)。混合酸处理能够刻蚀六方氮化硼表面，增大六方氮化硼比表面积，并在表面提供少量活性基团。
[0023]进一步优选的，上述步骤(1)中六方氮化硼微纳粉经混合酸处理是指将六方氮化硼微纳粉与混合酸按质量比1:(20～50)进行混合后，在室温下经搅拌超声分散1～2h后，在60～80℃水浴中反应16～24h，反应结束后将产物洗涤至中性，再烘干。通过试验得出六方氮化硼微纳粉与混合酸按质量比1:(20～50)进行混合后，六方氮化硼表面的刻蚀效果较好。在60～80℃水浴中反应能促进混合酸对六方氮化硼表面的刻蚀，若控制温度为室温，则需更长的时间才能达到相同的刻蚀效果。
[0024]进一步优选的，上述步骤(1)中脱水缩合反应是在60～80℃环境下，回流搅拌反应8～12h。此温度范围反应较为平稳，易于控制。
[0025]进一步优选的，上述步骤(2)中非质子极性溶剂为DMF、DMAC、NMP、DMSO中的一种或多种。
[0026]进一步优选的，上述步骤(2)中将聚酰胺酰亚胺粉末与非质子极性溶剂按照重量比1:(3～5)进行制备聚酰胺酰亚胺粉末溶液。
[0027]进一步优选的，上述步骤(2)中聚酰胺酰亚胺粉末溶液与六方氮化硼微纳粉分散液混合时，质量比为未溶解前的聚酰胺酰亚胺粉末：未分散前经表面经处理的六方氮化硼
微纳粉＝10:(1～3)。
[0028]进一步优选的，上述步骤(3)中树脂粉经是采用高温平行双螺杆熔融挤出，其中控制高温平行双螺杆熔融加工温度为280～330℃，螺杆转速为200～300rpm。
[0029]进一步优选的，上述步骤(3)中剪切作用成型包括注塑或挤出成型两种方式；其中采用注塑成型时加工温度为350～370℃，注塑模型腔厚度为0.5～1mm，模型腔的宽度和长度与厚度的比值均大于40:1；采用挤出成型时加工温度为330～350℃，挤出口模厚度为0.5～1mm，挤出口模的宽度与厚度的比值大于50:1。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0031](1)本专利技术采用具有绝缘性的六方氮化硼(h
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BN)作为导热填料，通过h
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BN的微纳复配减少填料添加量，同时对h
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BN进行表面处理提高与基体相容性；采用溶液共混的方式提高了导热填料的分散性；采用熔融加工使熔体受剪切作用从而形成填料高度取向的导热各向异性聚酰胺酰亚胺复合材料。在保证聚酰胺酰亚胺复合材料绝缘性能的前提下，解决了现有技术中聚酰胺酰亚胺(PAI)的导热性能和力学性能之间的相互矛盾问题。
[0032](2)本专利技术采用溶液共混改性技术，将PAI溶解在非质子极性溶剂中，分子链段可以充分的展开，PAI分子链与h
‑
BN充分混合，且h
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BN经表面处理以后与基体相容性提高，不易发生团聚，与常规的机械共混的混料方式(高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导热各向异性聚酰胺酰亚胺复合材料，其特征在于，所述复合材料由以下重量份的原料制备而成：所述六方氮化硼为微米级六方氮化硼与纳米级六方氮化硼复配得到的六方氮化硼微纳粉。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述微米级六方氮化硼的平均粒度为10～50μm；所述纳米级六方氮化硼的平均粒度为20～200nm；所述六方氮化硼微纳粉中微米级六方氮化硼与纳米级六方氮化硼的质量比为10:(1～3)。3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述偶联剂为氨基硅烷偶联剂。4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述缩合剂为EDCI、DCC或DIC缩合剂中的任一种。5.一种如权利要求1
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4任一项所述的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)六方氮化硼微纳粉处理：将六方氮化硼微纳粉经混合酸处理后，再加入到偶联剂溶液中反应，而后得到偶联剂处理的六方氮化硼微纳粉；将偶联剂处理的六方氮化硼微纳粉加入到聚酰胺酸溶液中分散后，再加入缩合剂进行脱水缩合反应，得到表面处理的六方氮化硼微纳粉；(2)聚酰胺酰亚胺复合材料分散液制备：将表面处理的六方氮化硼微纳粉加入到非质子极性溶剂中溶解分散获得六方氮化硼微纳分散液；将聚酰胺酰亚胺粉末同样溶解在非质子极性溶剂中得到聚酰胺酰亚胺粉末溶液；将聚酰胺酰亚胺粉末溶液与六方氮化硼微纳分散液混合，搅拌分散均匀，得到聚酰胺酰亚胺复合材料分散液；(3)树脂颗粒制备与复合材料成型：将聚酰胺酰亚胺复合材料分散液倒入水中沉析捣碎，然后依次进行抽滤、...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡梦龙，杨海洋，甘顺昌，许双喜，彭超义，
申请(专利权)人：株洲时代新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：