一种改性氮化铝填充环氧树脂复合材料制造技术

本发明专利技术给出一种导热绝缘改性超细氮化铝填充环氧树脂复合材料。将经过等离子有机聚合(吡咯、丙烯酸)改性的超细氮化铝粉末掺入环氧树脂，通过真空脱气、真空灌注等工艺制得该复合材料。该复合材料导热性能、绝缘性能、力学性能优异，可应用于电子封装材料、集成电路等需要材料具备良好导热、绝缘性能的领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复合材料领域。具体来说，本专利技术涉及一种导热、绝缘性能良好的改性氮化铝填充环氧树脂复合材料。该材料在常温、低温下(77K)具有良好的力学性能。
技术介绍
环氧树脂类复合材料常用作结构材料和绝缘材料，在很多器件上都能见其踪影， 如电子器件的基板材料、超导磁体绝缘结构、大规模集成电路等。因此环氧树脂应具有导热、绝缘、有一定力学强度的功能。有研究以氮化铝颗粒作为增强材料，环氧树脂(E-51)作为聚合物基体，氮化铝颗粒掺入后热导率可达0. 46W. πΓ1. Γ1，且仍可维持环氧树脂介电常数；也有文献采用钛酸酯偶联剂处理氮化铝粉末，制备氮化铝环氧树脂复合材料，并提及氮化铝质量分数10 20%时，冲击强度较好。显然，氮化铝复合环氧树脂材料的性能更好，应用更广泛。基于上述需求，本专利技术人拟提出一种改性氮化铝复合环氧树脂材料。中国专利技术专利“一种磁种子材料及其制备方法和用途”，阐述了等离子聚合的办法对磁性材料进行改性，得到了一种与有机物亲和力更强的磁性材料。本专利技术人借鉴该方法， 采用等离子聚合的方法对超细氮化铝颗粒进行改性，采用真空灌注工艺制备氮化铝填充环氧树脂复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种改性氮化铝颗粒及其制备方法。本专利技术的另一个目的是提供一种导热、绝缘性能良好的改性氮化铝填充环氧树脂复合材料及其制备方法。本专利技术所述改性氮化铝颗粒是由氮化铝颗粒和颗粒表面的聚合物薄膜构成。其中，所述聚合物薄膜为丙烯酸(C2H4O2)或者吡咯(C2H5N)薄膜；优选吡咯(C2H5N) 薄膜。由于丙烯酸的挥发性弱，实验发现，等离子聚合后沉积在颗粒表面的物质总量较少，等离子聚合丙烯酸改性的超细氮化铝粉末的红外图峰不明显；另外聚合丙烯酸改性的氮化铝填充环氧树脂复合材料强度也不如聚合吡咯改性氮化铝所制备的复合材料，因此所述聚合物薄膜优选吡咯(C2H5N)薄膜。所述氮化铝颗粒的粒度为微米级；一般可采用市购的氮化铝微米级粉末，其尺寸大致为几到几十微米；本专利技术所述改性氮化铝颗粒可采用本领域常用的方法制备，优选采用等离子聚合法制备。所述聚合物薄膜的厚度一般为纳米级。所述等离子聚合法所用装置的示意图见图1所示，具体按下述方法进行将0. 5g 左右的超细氮化铝置于玻璃弯管反应室内，确保各部分密闭后，打开真空抽气机，开启射频电源。当反应室内气体颜色呈白色时，表示等离子镀膜装置工作正常。此时反应管内压力约30pa以下。旋松连接单体的流量计，使单体流量在10 20ml/min。反应管内的磁子在磁力搅拌器作用下旋转，从而使被改性粉末充分和反应管内聚合物蒸气接触。反应进行40-150min，一般约 Ih 左右。其中，单体是丙烯酸或者吡咯，该单体一般为可挥发性液体，在抽气机械泵的作用下，等离子镀膜装置内部维持一个较低的压强，此时单体变得更容易挥发成气体。通过调节气体流量计从而控制单体的流量，使单体均勻地包覆在被改性粉末表面。经等离子有机聚合后，单体聚合形成的有极性基团的聚合物牢牢覆盖在超细氮化铝表面。本专利技术还提供一种导热、绝缘性能良好的改性氮化铝填充环氧树脂复合材料及其制备方法。本专利技术所述的改性氮化铝填充环氧树脂复合材料主要由环氧树脂以及其中夹杂的上述改性氮化铝粉末构成；所述环氧树脂和改性氮化铝的质量比为2 11 1 ；若改性氮化铝含量继续增大时，环氧树脂复合材料中会出现粉体分层，无助于性能的提高。根据实验结果，所述环氧树脂和改性氮化铝的质量比优选5 1。另外，所述复合材料还包括增韧剂和固化剂。其中，所述环氧树脂为本领域常用的各种环氧树脂；优选为双酚F环氧树脂(二缩水甘油醚双酚F)；所述增韧剂为环氧树脂常用的增韧剂，如DOP、DBP、TCP、TPP等；本专利技术优选IPBE 即(2-缩水甘油基-3-正丁氧基)-1-丙醚。固化剂也可选用环氧树脂常用的固化剂，如脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、树脂类、叔胺等以苯环为主体，带有柔性侧链的分子；优选DETD (二乙基甲苯二胺)，或者DMTD(二甲硫基甲苯二胺)。优选的，所述复合材料包括以下组分环氧树脂质量分数45 55%、固化剂质量分数15 25%、增韧剂质量分数10 20% ；改性超细氮化铝质量分数5 20%。更优选的，所述增韧剂质量分数10 20 %、固化剂质量分数20 %、树脂50 %，剩余为改性超细氮化铝。本专利技术还提供上述的改性氮化铝填充环氧树脂复合材料的制备方法。所述的改性氮化铝填充环氧树脂复合材料的制备方法是1)将改性超细氮化铝与固化剂、增韧剂、环氧树脂按配比混合均勻，将混合物进行真空脱气处理；所述真空脱气优选如下进行真空状态下，20 60°C，脱气1 池；2)注入模具，升温固化，然后脱模。为达到混勻的目的，所述混合可采用本领域常用的方法进行，如机械搅拌、超声分散等；优选先进行机械搅拌，然后再超声分散；先采用机械搅拌方式进行大致混合，将团聚的大颗粒打散；待机械搅拌后，再采用超声波进行混合，将少量未混勻的小颗粒混勻，使组分混合更均勻。其中，机械搅拌和超声分散的种类和参数都可以由本领域技术人员根据经验进行选择。所述注入模具优选在真空下进行；本专利技术采用的树脂是常温下流动性较好的树脂，非常便于真空脱气后进行真空灌注。真空灌注的工艺比起常压下灌注好，因为真空灌注不会使树脂再次溶进一些空气，这样制得的材料气泡少。所述真空脱气可以除去树脂中混有的低沸点杂质等；优选可采用在温度30°C，真空度30 以下真空脱气Ih来达到目的。需要注意的是，进行真空脱气处理时，温度应适中。过高高易导致树脂过早固化变质，过低树脂中杂质逸出速度慢，一般20 60°C，脱气Ih以上，直至没有或者极少有气泡逸出为止。其中，所述环氧树脂质量分数45 55%、固化剂质量分数15 25%、增韧剂质量分数10 20% ；改性超细氮化铝质量分数5 20%。优选的，所述增韧剂质量分数10 20 %、固化剂质量分数20 %、树脂50 %，剩余为改性超细氮化铝。所述增韧剂为环氧树脂常用的增韧剂，如DOP、DBP、TCP、TPP等；本专利技术优选IPBE 即(2-缩水甘油基-3-正丁氧基)-1-丙醚。固化剂也可选用环氧树脂常用的固化剂，如脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、树脂类、叔胺等；优选DETD (二乙基甲苯二胺)，或者DMTD (二甲硫基甲苯二胺)。所用树脂为本领域常用的各种环氧树脂；优选为双酚F环氧树脂(二缩水甘油醚双酚F)；步骤幻所述升温需要根据环氧树脂和所用的固化剂的种类确定，一般为20 180°C;本专利技术优选在80 110°C保持10 15h，然后120 150°C保持8 15h，以完成固化过程。另外，在进行步骤幻之前，即将树脂灌注进入模具前，应用丙酮擦洗模具。然后涂上脱模剂，IOmin后用纱布擦干净再涂上脱模剂，反复3次。灌注前模具置于40_60°C左右烘箱中过夜。具体的，本专利技术所述改性氮化铝填充环氧树脂复合材料的制备方法可如下进行1)采用等离子聚合的方法对超细氮化铝进行改性，聚合单体可以是丙烯酸 (C2H4O2)或者吡咯(C2H5N)；2)将改性超细氮化铝与固化剂、增韧剂、树脂按配比混合。机械搅拌、超声分散后进行真空脱气处理。以除去树脂中混有的低沸点杂质等；3)将脱气后的树脂真空灌注进入尺寸为ISOmmX62m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李来风，赵正权，张浩，黄荣进，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：