一种具有高绝缘强度的聚酰亚胺黑膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有高绝缘强度的聚酰亚胺黑膜及其制备方法。该聚酰亚胺黑膜由聚酰亚胺基体、碳基纳米复合填料组成，碳基纳米复合填料具有核壳结构，碳纳米粒子为核，聚合物或/和无机纳米粒子为功能性壳层，其中，碳纳米粒子与聚合物或/和无机纳米粒子是通过范德华力、静电力、氢键或π

【技术实现步骤摘要】
一种具有高绝缘强度的聚酰亚胺黑膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于薄膜
，尤其涉及一种具有高绝缘强度的聚酰亚胺黑膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]归因于优异的耐热性、耐化学腐蚀性，强机械性能，优良的柔韧性，聚酰亚胺薄膜(PI)已经在电子封装领域得到了广泛的应用。目前随着电子行业的兴起，电子级黑色聚酰亚胺覆盖膜的需求量急剧增加。黑色聚酰亚胺覆盖膜主要起到对柔性电路、电子元器件的封装和遮盖作用，避免灰尘、水汽等不利因素的影响和防止目视检查、篡改、抄袭。当前市场上常见的聚酰亚胺黑膜主要是通过在聚酰亚胺基体中引入炭黑进行染色，这主要归因于炭黑成本低、染色性好。然而，炭黑自身优异的导电性能大幅降低了聚酰亚胺薄膜本征高绝缘性能，无法满足客户对电绝缘性的需求。另外，随着电子封装技术朝着薄型化、集成化、多功能化方面的发展，导致了芯片的布线密度和功耗急剧增加，致使电子器件在运行的过程中会伴随大量的焦耳热产生和积累，而电子元器件长期处于过热环境中，将严重损害其可靠性、安全性及耐久性。聚酰亚胺覆盖膜作为电子元器件的封装材料，对电子元器件的快速散热起着至关重要的作用。然而，聚酰亚胺薄膜和其他碳氢基聚合物类似，在非结晶区域和界面处存在严重的声子散射，导致其本征导热率较低，约为0.2Wm
‑1K
‑1，不能满足电子元器件快速散热的需求。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的之一是为克服现有技术中聚酰亚胺覆盖膜导热率较低、绝缘性能差的不足之处，提供一种具有高绝缘强度的聚酰亚胺黑膜。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种具有高绝缘强度的聚酰亚胺黑膜，该聚酰亚胺黑膜由聚酰亚胺基体和均匀分散在聚酰亚胺基体内的碳基纳米复合填料组成，所述聚酰亚胺基体和所述碳基纳米复合填料的质量比为100:(0.1
‑
100)，所述碳基纳米复合填料为核壳结构，其中核为碳纳米粒子、包覆在核外层的功能性壳层为聚合物或/和无机纳米粒子，所述碳纳米粒子、聚合物或/和无机纳米粒子的质量比为1:(0.1
‑
3)，两者之间通过范德华力、静电力、氢键或π
‑
π共轭中的一种或两种以上的作用相结合。
[0005]作为具有高绝缘强度的聚酰亚胺黑膜进一步的改进：
[0006]优选的，所述碳纳米粒子由单个碳微球、两个以上碳微球组成的互连体中的一种或两种以上组合而成，所述碳微球的直径为200
‑
800nm。
[0007]优选的，所述聚合物为聚多巴胺、海藻酸、海藻酸盐、壳聚糖、硅烷偶联剂、聚丙烯酸中的一种或两种以上，所述无机纳米粒子为氮化碳纳米片、氮化硼纳米片、氮化硼纳米管、二氧化硅、碳化硅、氮化铝、氧化铝中的一种或两种以上的组合。
[0008]本专利技术的目的之二是提供一种上述具有高绝缘强度的聚酰亚胺黑膜的制备方法，包括如下步骤：
[0009]S1、将碳纳米粒子前驱体按照(3
‑
10):60的质量比分散到水中，充分搅拌溶解后，转移到高温高压反应釜中，进行程序加热处理，加热程序为：从室温以1
‑
10℃/min的升温速率升温至150
‑
240℃，并在此温度下保持0.5
‑
5h，反应结束后冷却至室温，分离出固体沉淀并干燥处理，制得碳纳米粒子；
[0010]S2、称取100质量份的碳纳米粒子均匀分散在200
‑
500质量份的水中，再加入10
‑
300质量份的聚合物或/和无机纳米粒子，充分搅拌后分离出固体沉淀并干燥处理，制得碳基纳米复合填料；
[0011]或者，称取100质量份步骤S1制得的碳纳米粒子均匀分散在200
‑
500质量份的水中，再加入100
‑
1000质量份的氮化碳前驱体，充分搅拌后分离出固体沉淀并干燥处理，将所得固体粉末转移到管式炉中，在惰性气氛保护下，经预设的程序升温：从室温以1
‑
10℃/min的升温速率升温至400
‑
650℃，并在此温度下保持1
‑
5h，制得碳基纳米复合填料；
[0012]S3、称取1
‑
100质量份的碳基纳米复合填料均匀分散在500
‑
1000质量份的非质子极性溶剂中，再加入100质量份的聚酰亚胺前驱体，充分搅拌后得到混合均匀的胶体溶液，经脱泡处理后，采用成膜工艺转移到平面基板上，经固化和亚胺化处理，制得高绝缘强度的聚酰亚胺黑膜。
[0013]作为具有高绝缘强度的聚酰亚胺黑膜的制备方法的进一步改进：
[0014]优选的，步骤S1中所述碳纳米粒子前驱体为葡萄糖、壳聚糖、果糖、蔗糖、淀粉、植物油、琥珀酸、柠檬酸、乳酸中的一种或两种以上的组合。
[0015]优选的，步骤S1、S2中通过真空抽滤或高速离心分离出固体沉淀，所述高速离心的转速为500
‑
10000圈/min，所述干燥处理的温度为60
‑
150℃。
[0016]优选的，步骤S2中所述氮化碳前驱体为单氰氨、二氰氨、三聚氰胺中的一种或两种以上的组合，所述惰性气氛为氮气、氩气、氦气中的一种。
[0017]优选的，步骤S3中所述非质子极性溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺，N
‑
甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜。
[0018]优选的，步骤S3中所述聚酰亚胺前驱体为二酐和二胺聚合后的聚酰胺酸，或者为二酐和二胺聚合后的聚酰胺酸。
[0019]优选的，步骤S3中所述固化和亚胺化的具体程序为：从室温以1
‑
5℃/min升温至300
‑
400℃，并在此温度下保持0
‑
60min。
[0020]本专利技术相比现有技术的有益效果在于：
[0021]1)经测试发现，该具有高绝缘强度的聚酰亚胺黑膜展现了优异的导热性能，在较低碳基纳米复合填料的填充下，导热率在水平和竖直方向分别提高了8
‑
20倍和2
‑
6倍，同时在太阳光的照下表现出快速光生热能力，所得聚酰亚胺黑膜保持了固有的电绝缘性、热稳定性和尺寸稳定性。该具有高绝缘强度的聚酰亚胺黑膜在电子封装领域具有高的应用价值。
[0022]2)本专利技术中具有高绝缘强度的聚酰亚胺黑膜的制备方法克服了现有技术不能兼顾水平和竖直方向导热率同步提高以及碳基材料的使用损失聚合物基体本征优良电绝缘性能的缺陷，首次使用聚合物或/和无机纳米粒子作为功能性壳层材料包裹碳纳米粒子，实现碳基纳米复合填料在具有高导热率的同时确保了优异的电绝缘性能；该制备工艺操作简单，参与反应试剂绿色环保，制备过程不涉及苛刻的反应条件，易于实现具有高绝缘强度的
聚酰亚胺黑膜大规模量产。
附图说明
[0023]图1中(a)为本专利技术实施例1制得的碳纳米粒子的投射电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高绝缘强度的聚酰亚胺黑膜，其特征在于，该聚酰亚胺黑膜由聚酰亚胺基体和均匀分散在聚酰亚胺基体内的碳基纳米复合填料组成，所述聚酰亚胺基体和所述碳基纳米复合填料的质量比为100:(0.1
‑
100)，所述碳基纳米复合填料为核壳结构，其中核为碳纳米粒子、包覆在核外层的功能性壳层为聚合物或/和无机纳米粒子，所述碳纳米粒子、聚合物或/和无机纳米粒子的质量比为1:(0.1
‑
3)，两者之间通过范德华力、静电力、氢键或π
‑
π共轭中的一种或两种以上的作用相结合。2.根据权利要求1所述具有高绝缘强度的聚酰亚胺黑膜，其特征在于，所述碳纳米粒子由单个碳微球、两个以上碳微球组成的互连体中的一种或两种以上组合而成，所述碳微球的直径为200
‑
800nm。3.根据权利要求1或2所述具有高绝缘强度的聚酰亚胺黑膜，其特征在于，所述聚合物为聚多巴胺、海藻酸、海藻酸盐、壳聚糖、硅烷偶联剂、聚丙烯酸中的一种或两种以上，所述无机纳米粒子为氮化碳纳米片、氮化硼纳米片、氮化硼纳米管、二氧化硅、碳化硅、氮化铝、氧化铝中的一种或两种以上的组合。4.一种由权利要求1
‑
3任意一项所述具有高绝缘强度的聚酰亚胺黑膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将碳纳米粒子前驱体按照(3
‑
10):60的质量比分散到水中，充分搅拌溶解后，转移到高温高压反应釜中，进行程序加热处理，加热程序为：从室温以1
‑
10℃/min的升温速率升温至150
‑
240℃，并在此温度下保持0.5
‑
5h，反应结束后冷却至室温，分离出固体沉淀并干燥处理，制得碳纳米粒子；S2、称取100质量份的碳纳米粒子均匀分散在200
‑
500质量份的水中，再加入10
‑
300质量份的聚合物或/和无机纳米粒子，充分搅拌后分离出固体沉淀并干燥处理，制得碳基纳米复合填料；或者，称取100质量份步骤S1制得的碳纳米粒子均匀分散在200
‑
500质量份的水中，再加入100
‑
1000质量份的氮化碳前驱体，充分搅拌后...

【专利技术属性】
技术研发人员：张献，王艳艳，肖超，丁欣，田兴友，
申请(专利权)人：安徽中科宇顺科技有限公司，
类型：发明
国别省市：