一种改性碳纤维导热复合材料及其制备方法技术

一种改性碳纤维导热复合材料及其制备方法，属于导热材料制备领域。本发明专利技术的目的是为了解决现有填充型导热复合材料导热过程中存在的声子散射热阻无法被减少的问题，所述导热复合材料为填充型导热复合材料，其中包括填料组分和基体组分，所述基体组分为环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂或聚酰胺树脂中的一种，所述填料组分为金属改性回收短切碳纤维，以填料的形式掺入环氧树脂基体中。本发明专利技术复合材料的原料简单易得，制备方法简易。其中填料组分为改性碳纤维，基体组分为树脂，碳纤维具有高强度、高模量的机械性能，同时具备优异的导热性能；所选择的树脂具有良好的耐热性、稳定性，充分利用了二者的物理性能特点。利用了二者的物理性能特点。利用了二者的物理性能特点。

【技术实现步骤摘要】
一种改性碳纤维导热复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于导热材料制备领域，具体涉及一种改性碳纤维导热复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着系统级封装等新型封装技术的快速发展，电子产品日益朝着轻薄化和集成化方向发展，但这通常会导致更高的发热温度。过热往往会导致器件的寿命和运行稳定性大幅下降，如何实现有效散热已逐渐成为制约电子器件发展的瓶颈问题。
[0003]环氧树脂分子具有较强的粘结力，且其分子结构紧凑，因此其力学性能较高，具有较强的附着力，稳定性好，膨胀系数小，介电性能良好，固化收缩率小和耐腐蚀等特点。由于其具有优异的电气绝缘性能和耐化学腐蚀性能被广泛应用于电子行业。
[0004]填充型导热复合材料由于取向工艺的复杂及有机组分的介入，使声子在传输过程中粒子与高分子链的阶段之间被消耗的大量界面热阻无法被减少。控制填料之间通过直接互联形成三维连续的导热网络来避免这个问题，直接发挥导热粒子最大导热效能，进而对复合材料导热增强效果显著，这种研究办法受到关注。
[0005]随着微电子技术的蓬勃发展，电子元器件正朝着多功能、小型化、高功率密度和低成本的方向发展，因此，亟需开发高导热的热管理材料来耗散电子元器件产生的热量，从而确保电子元器件服役的可靠性和稳定性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了解决现有填充型导热复合材料导热过程中存在的声子散射热阻无法被减少的问题，提供一种改性碳纤维导热复合材料及其制备方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0008]一种改性碳纤维导热复合材料，所述导热复合材料为填充型导热复合材料，其中包括填料组分和基体组分，所述基体组分为环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂或聚酰胺树脂中的一种，所述填料组分为金属改性回收短切碳纤维，以填料的形式掺入环氧树脂基体中，短切碳纤维具有较小长径比，可以通过互相搭接的形式建立三维的导热网络。填充型指以填料的形式掺入，填料组分是填充在环氧树脂内部，限定为短切碳纤维可以相互搭接，长纤维搭接困难，在实际使用可以根据设计需要来改变基体环氧树脂的具体型号，以满足不同的使用需求和应用场所。
[0009]一种上述的改性碳纤维导热复合材料的制备方法，所述方法步骤为：
[0010]步骤一：将经丙酮抽提后的短切碳纤维进行刻蚀，将短切碳纤维在分散剂中充分分散，将短切碳纤维分散液制成碳纤维毡；
[0011]步骤二：将步骤一得到的碳纤维毡作为阴极材料，99.95％纯度金属片作为阳极材料，浸入电解液中，经直流电沉积，获得改性碳纤维毡；
[0012]步骤三：将步骤二得到的改性碳纤维毡浸入树脂固化体系中，经固化，获得所述改
性碳纤维导热复合材料。
[0013]进一步地，步骤一中，所述丙酮抽提时间至少为24h；所述短切碳纤维尺寸为3mm
‑
50mm；所述短切碳纤维在分散剂中的质量分数为2wt％
‑
20wt％。
[0014]进一步地，步骤一中，所述刻蚀方法为等离子体刻蚀、化学刻蚀或电化学刻蚀中的一种。
[0015]进一步地，步骤一中，所述分散剂为非离子型表面活性剂、两性离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂或阳离子型表面活性剂中的一种或多种；所述碳纤维分散过程中使用阴离子型表面活性剂作为分散剂，充分搅拌得到缓慢沉降的短切碳纤维分散液。
[0016]进一步地，步骤一中，所述非离子型表面活性剂为脂肪酸甘油酯或聚氧乙烯脂肪酸酯，所述两性离子型表面活性剂为氨基酸型为甜菜碱型，所述阴离子型表面活性剂为硫酸化物或磺酸化物，所述阳离子型表面活性剂为季铵化物。
[0017]进一步地，步骤二中，所述电解液为含锌离子的液态电解液，充分搅拌40min；所述电沉积的电流密度为5A/dm2‑
15A/dm2，时间为1
‑
30min。电流密度太低直接影响镀层的沉积速率，电流密度太大，虽然沉积速率快，但镀层会烧焦；电镀时间增加，镀层厚度增加，镀层结合力增加，导热通路更稳定。
[0018]进一步地，步骤二中，所述阳极材料的形状为圆柱形，以使电沉积过程中电流密度分布均匀。
[0019]进一步地，步骤三中，所述固化为远红外线辐射固化、紫外光固化、电子束固化、近红外线固化、常温固化、中温固化或高温固化中的一种。
[0020]进一步地，步骤三中，所述树脂固化体系为环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂或聚酰胺树脂中的一种与固化剂，充分搅拌，超声30min消除气泡；所述固化条件为高温固化，100℃预固化2h，120℃、180℃分别热压2h，压力为10MPa。热压固化过程使用的模具为涂覆了脱模剂的钢制长条模具。
[0021]本专利技术相对于现有技术的有益效果为：
[0022](1)本专利技术复合材料的原料简单易得，制备方法简易。其中填料组分为改性碳纤维，基体组分为树脂，碳纤维具有高强度、高模量的机械性能，同时具备优异的导热性能；所选择的树脂具有良好的耐热性、稳定性，充分利用了二者的物理性能特点。
[0023](2)本专利技术的导热复合材料其填料具有粗糙的表面镀锌结构，比表面积大，与基体树脂结合力强(由30MPa提升到37MPa)，所获得的复合材料机械性能较好。
[0024](3)本专利技术的导热复合材料能在基体中构建完整的导热网络，减少声子散射产生的界面热阻，改善环氧树脂导热性差的问题，导热速率快(可以在45s内达到80℃的温度跳跃)、热稳定性好(复合材料的玻璃化转变温度提高了16℃)。
[0025](4)本专利技术的导热复合材料的在实际使用时可以应用于低温或高温热管理场所，具有普适性。
附图说明
[0026]图1为未改性短切碳纤维的扫描电镜照片；
[0027]图2为改性后短切碳纤维的扫描电镜照片；
[0028]图3为导热复合材料断口的扫描电镜照片；
[0029]图4为导热复合材料传热过程中的红外热成像图；
[0030]图5为导热复合材料应用场所的示意图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。
[0032]实施例1：
[0033]一种改性碳纤维导热复合材料，所述导热复合材料为填充型导热复合材料，分为填料组分和基体组分两部分，其中，所述填料组分为改性碳纤维，改性方法为电沉积金属锌，碳纤维为回收短切碳纤维，所述基体组分为环氧树脂。
[0034]具体的，所述导热复合材料制作步骤包括：
[0035]步骤一：将经丙酮抽提后的3mm短切碳纤维进行68％HNO3酸洗刻蚀30min，将所述的短切碳纤维在分散剂SDBS中充分分散40min，将所述分散液真空抽滤，得到碳纤维毡，如图1所示，为未改性的短切碳纤维的扫描电镜照片；
[0036]步骤二：将上述得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性碳纤维导热复合材料，其特征在于：所述导热复合材料为填充型导热复合材料，其中包括填料组分和基体组分，所述基体组分为环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂或聚酰胺树脂中的一种，所述填料组分为金属改性短切碳纤维，以填料的形式掺入环氧树脂基体中。2.一种权利要求1所述的改性碳纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法步骤为：步骤一：将经丙酮抽提后的短切碳纤维进行刻蚀，将短切碳纤维在分散剂中充分分散，将短切碳纤维分散液制成碳纤维毡；步骤二：将步骤一得到的碳纤维毡作为阴极材料，金属片作为阳极材料，浸入电解液中，经直流电沉积，获得改性碳纤维毡；步骤三：将步骤二得到的改性碳纤维毡浸入树脂固化体系中，经固化，获得所述改性碳纤维导热复合材料。3.根据权利要求2所述的一种改性碳纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述丙酮抽提时间至少为24h；所述短切碳纤维尺寸为3mm
‑
50mm；所述短切碳纤维在分散剂中的质量分数为2wt％
‑
20wt％。4.根据权利要求2所述的一种改性碳纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述刻蚀方法为等离子体刻蚀、化学刻蚀或电化学刻蚀中的一种。5.根据权利要求2所述的一种改性碳纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述分散剂为非离子型表面活性剂、两性离子型表面活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎俊，刘斯琦，王军成，黄玉东，胡桢，刘丽，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：