本发明专利技术提供一种具有取向隔离双填料网络的高导热电绝缘聚合物复合材料，以碳纳米管/氮化硼为双填料，通过熔融共混、机械共混、退火、取向结构调控等工艺成功制备得到的具有取向隔离双网络结构的复合材料，能够在较低的填料添加量下表现出高导热、电绝缘等特性。该制备工艺简单、操作简便，采用现有的设备即可实现生产，有利于推广应用。有利于推广应用。
【技术实现步骤摘要】
具有取向隔离双填料网络的高导热电绝缘聚合物复合材料
[0001]本专利技术涉及一种具有取向隔离双填料网络的高导热电绝缘聚合物复合材料，属于高分子复合材料的制备领域。
技术介绍
[0002]电子器件日益多功能化、小型化和集成化，这对设备的散热提出了更严格的需求，因此对导热材料的性能也提出了更高的要求。相比于金属基和陶瓷基导热材料，聚合物基导热材料具有质轻、易加工、良好绝缘性和抗腐蚀性等优点，在电子封装和热管理等应用领域中得到了广泛应用。然而，随着电子器件的快速发展，废弃的塑料垃圾也随之增加，如果处理不当将会造成严重的环境污染，引起了人们的担忧。因此，采用生物可降解聚合物代替传统不可降解塑料，制造兼具良好导热性和电绝缘性的生物可降解聚合物基复合材料被认为是解决上述问题的一种可行途径。
[0003]生物可降解聚合物材料(如聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯等)，具有绿色、环境友好、原料可再生以及可生物降解等传统石油基塑料不具备的特性。但是，这些生物可降解聚合物往往表现出极低的本征热导率，因此需要提高其导热性能。在过去几十年里，人们广泛使用高导热填料(如碳化硅、氧化铝、氮化铝、氮化硼等)来增强生物可降解聚合物的热导率，但需要添加大量高填充量的填料才能达到预期效果，这会导致复合材料的力学性能明显下降，加工难度也加大。为解决这个问题，人们采用高导电填料(如碳纳米管、石墨烯等)代替高导热填料，以实现在较低填充量下赋予聚合物良好的导热性能。然而，这些高导电填料在改变导热性能的同时也会改变聚合物材料的电绝缘性能，例如导致极高的电导率、较高的介电常数等。
[0004]有研究发现，通过在聚合物基复合材料内部构建一种独特的隔离双网络结构，能够很好的发挥填料的协同效率，从而大幅度提高聚合物材料的导热性能。例如，在聚苯乙烯基体中，多壁碳纳米管填料形成导热网络1，六方氮化硼粘附在二元共混颗粒表面形成导热网络2，将导热网络1隔离在二元共混颗粒之间，导热网络1与导热网络2相互连接，使两种填料具有更高的协同效率从而提高材料导热性能(ZL201710270567.4)。同时，还发现采用熔体共混、镀膜和热压相结合的方法，制备得到具有隔离双网络结构的尼龙6/石墨烯纳米片@六方氮化硼复合材料，其中六方氮化硼网络通过填料的互连使接触面积最大化，嵌入的石墨烯纳米片网络增加了导热网络的密度，并作为连接六方氮化硼导热网络的桥梁，在最大限度保持电绝缘性的基础上大幅提高导热性能，成功赋予了尼龙6材料高导热和电绝缘的特性。然而，在上述体系中，为了达到高导热性和电绝缘性，仍然需要添加相对较高的总填料含量，这会导致复合材料的力学性能下降、加工难度和制备成本增加。
技术实现思路
[0005]本专利技术为了克服上述现有技术中的缺陷，采用多壁碳纳米管和氮化硼粉末两种填料，结合熔融共混、机械共混、热压成型、退火工艺及取向结构调控等加工工艺，制备了一种
具有取向隔离双网络结构的生物可降解聚合物复合材料。该复合材料在较低的填料含量下即可表现出高强度、高导热和电绝缘性能。
[0006]本专利技术采用的具体技术方案如下：
[0007]本专利技术提供一种具有取向隔离双填料网络的高导热电绝缘聚合物复合材料，所述具有取向隔离双填料网络的高导热电绝缘聚合物复合材料按如下方法制备：
[0008](1)将聚丁二酸丁二醇酯树脂与多壁碳纳米管熔融共混，所得混合物经粉碎、筛分，得到粒径为500～800μm的聚丁二酸丁二醇酯/碳纳米管复合物母粒；所述聚丁二酸丁二醇酯树脂的体积为所述聚丁二酸丁二醇酯树脂与多壁碳纳米管的总体积的95
‑
99.5％(优选97％)；
[0009](2)将步骤(1)所述的聚丁二酸丁二醇酯/碳纳米管复合物母粒与氮化硼粉末机械共混，得到聚丁二酸丁二醇酯/碳纳米管@氮化硼复合物颗粒；所述聚丁二酸丁二醇酯/碳纳米管复合物母粒与氮化硼粉末的体积比为100：5
‑
20(优选100:15)；
[0010](3)步骤(1)所述的聚丁二酸丁二醇酯/碳纳米管@氮化硼复合物颗粒依次经过热压成型、退火处理、切割，所得样品在模具中进行长度方向上的取向结构调控，得到所述具有取向隔离双填料网络的高导热电绝缘聚合物复合材料；其中，所述退火处理的温度为115
‑
125℃(优选120℃)，压力为4.5
‑
5.5MPa(优选5MPa)，退火时间为1.5
‑
2h(优选2h)；所述取向结构调控的加工温度为80～100℃(优选80℃)，压力为30～100MPa(优选100MPa)，所述样品的宽与所述模具的槽宽相等，所述样品与所述具有取向隔离双填料网络的高导热电绝缘聚合物复合材料的厚度之比1.8
‑
2.5：1(优选为2：1)。即取向结构调控时，当压至材料的高度为原始高度的1/1.8
‑
2.5时，取向结构调控结束。
[0011]进一步，步骤(1)中所述熔融共混在转矩流变仪中进行，本专利技术推荐所述熔融共混的温度为135
‑
145℃，混合转速为55
‑
60r/min，时间为4
‑
5min。在本专利技术的一个实施例中，所述熔融共混的温度140℃，混合转速60r/min，混合时间5min，得到混合物。
[0012]进一步，本专利技术推荐步骤(2)中所述机械共混在高速混合机中进行，机械共混的转速为18000
‑
20000r/min，时间为1.5
‑
2.5min。在本专利技术的一个实施例中，所述机械共混的转速为20000r/min，时间为2min。目的是确保充分混匀。
[0013]进一步，本专利技术推荐步骤(3)中所述热压成型在平板硫化机中进行，温度135～145℃(优选140℃)，压力为8～10MPa(优选10MPa)，时间为4.5
‑
5.5min(优选5min)。在本专利技术的一个实施例中，所述模具的水平截面尺寸为120mm
×
30mm。
[0014]优选地，步骤(3)中所述取向结构调控在平板硫化机上进行，加工温度为80℃，压力为100MPa。
[0015]在聚丁二酸丁二醇酯基导热材料的研究中，已经有很多关于将聚合物与导热填料混合制备复合材料的研究，例如聚丁二酸丁二醇酯/还原氧化石墨烯、聚丁二酸丁二醇酯/氧化铝、聚丁二酸丁二醇酯/氮化硼等。然而，为了实现高导热性能，需要添加大量的填料。高填料含量会影响复合材料的其他性能，尤其是在高填充量下，纳米填料易发生团聚，从而影响机械性能、加工性能和制备成本。
[0016]相较于现有技术，本专利技术具有以下特点和有益效果：
[0017](1)以碳纳米管/氮化硼为双填料，通过熔融共混、机械共混、退火、取向结构调控等工艺成功制备得到的具有取向隔离双网络结构的复合材料，能够在较低的填料添加量下
表现出高导热、电绝缘等特性。该制备工艺简单、操作简便，采用现有的设备即可实现生产，有利于推广应用。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有取向隔离双填料网络的高导热电绝缘聚合物复合材料，其特征在于：所述具有取向隔离双填料网络的高导热电绝缘聚合物复合材料按如下方法制备：(1)将聚丁二酸丁二醇酯树脂与多壁碳纳米管熔融共混，所得混合物经粉碎、筛分，得到粒径为500～800μm的聚丁二酸丁二醇酯/碳纳米管复合物母粒；所述聚丁二酸丁二醇酯树脂的体积为所述聚丁二酸丁二醇酯树脂与多壁碳纳米管的总体积的95
‑
99.5％；(2)将步骤(1)所述的聚丁二酸丁二醇酯/碳纳米管复合物母粒与氮化硼粉末机械共混，得到聚丁二酸丁二醇酯/碳纳米管@氮化硼复合物颗粒；所述聚丁二酸丁二醇酯/碳纳米管复合物母粒与氮化硼粉末的体积比为100：5
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20；(3)步骤(1)所述的聚丁二酸丁二醇酯/碳纳米管@氮化硼复合物颗粒依次经过热压成型、退火处理、切割，所得样品在模具中进行长度方向上的取向结构调控，得到所述具有取向隔离双填料网络的高导热电绝缘聚合物复合材料；其中，所述退火处理的温度为115
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125℃，压力为4.5
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5.5MPa，退火时间为1.5
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2h；所述取向结构调控的加工温度为80～100℃，压力为30～100MPa，所述样品的宽与所述模具的槽宽相等，所述样品与所述具有取向隔离双填料网络的高导热电绝缘聚合物复合材料的厚度之比1.8
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2.5：1。2.如权利要求1所述的具有取向隔离双填料网络的高导热电绝缘聚合物复合材料，其特征在于：步骤(1)中所述熔融共混在转矩流变仪中进行。3.如权利要求1所述的具有取向隔离双填料网络的高导热电绝缘聚合物复合材料，其特征在于：步骤(1)中所述熔融共混的温度...
【专利技术属性】
技术研发人员：况太荣，卢鑫锐，曾润杭，裴晨阳，刘通，陈枫，钟明强，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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