本发明专利技术涉及填料织构化的高导热聚合物基复合材料及其制备方法。该制备方法包括：将具有各向异性二维几何形貌的微纳米无机填料粉体原料均匀分散于热塑性树脂聚合物原料的溶液中、或使所述无机填料粉体原料均匀分散于能够通过原位聚合合成所述聚合物的预聚体/单体原料溶液中，并形成混合物浆料的混合工序；以及通过能够提供定向作用力使所述填料织构化的成型方法使所述混合物浆料成型的成型工序。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于聚合物基复合材料领域。
技术介绍
随着微电子高密度组装和集成技术的迅猛发展，电子设备的组装密度得以迅速提高，这将导致单位面积产生的热量急剧增加，从而导致电子元器件工作效率及使用寿命大幅降低。为了保证电子设备的正常运行，必须及时移除多余的热量。因此，散热问题已经成为了大规模集成电路所面临的瓶颈问题之一(Sato, K.;Horibe, H.; Shirai, T.;Hotta, Y.; Nakano, H.; Nagai, H.;Mitsuishi, K.;ffatari, K.J Mater Chem2010, 20, 2749, Ting, J.M.; Chen, Y.M.Carbon2002, 40，359)。目前，多采用热沉来解决散热问题。但由于电子元器件与热沉表面的粗糙度不匹配，导致二者间存在空隙，界面热阻增大，这将大大降低热沉的散热能力。所以，亟需一种高效的热界面材料，使器件与热沉紧密连接。因此要求其兼具电绝缘性，良好的热导率及可加工性。聚合物材料是较好的选择之一( Sim, L.C.; Ramanan, S.R.; Ismail, H.; Seetharamu, K.N.;Goh, T.J.Thermochim Acta2005, 430, 155, Huang, M.T.;Ishida, H.J Polym Sci Pol Physl999，37，2360)。而通常来说，聚合物材料的热导率都很低，所以，如果能提高它的热导率，将大大改善电子器件体系的散热问题。在普通高分子中加入高导热填料，是提高聚合物热导率的有效途径之一。目前大多数的研究集中在填料本身及其与聚合物的相互作用上，即填料自身的纯度，粒径，形貌等，及其与聚合物基体的相容性( Choi, J.T.; Kim, D.H.; Ryu, K.S.; Lee, H.1.; Jeong, H.Μ.; Shin, C.Μ.; Kim, J.Η.; Kim, B.K.Macromol Res2011, 19, 809, Sato, K.;Horibe, H.; Shirai, T.; Hotta, Y.; Nakano, H.; Nagai, H.; Mitsuishi, K.;ffatari, K.J MaterChem2010, 20，2749) 。这些都可以在一定程度上改善聚合物材料的热导性，然而，若填料本身在聚合物基体中形成定向排列，将大大提高复合材料在填料排列方向上的热导率，并使材料在某些方向实现性能最优化。因此，亟需制备具有择优取向的高导热聚合物基复合材料的方法，使其效率较高且适用范围广。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种填料在聚合物基体中定向排列从而显著提高复合材料在填料排列方向上的热导率的。本专利技术人经过锐意的研究，意识到可以通过制备过程中产生的定向力(剪切力、磁场力等)使各向异性(二维形貌)的填料定向排列，从而使复合材料在特定方向导热性极好，并能保持良好的可加工性。在此，一方面，本专利技术提供一种填料织构化的高导热聚合物基复合材料的制备方法，包括:将具有各向异性二维几何形貌的微纳米无机填料粉体原料均匀分散于热塑性树脂聚合物原料的溶液中、或使所述无机填料粉体原料均匀分散于能够通过原位聚合合成所述聚合物的预聚体/单体原料溶液中，并形成混合物浆料的混合工序；以及通过能够提供定向作用力使所述填料织构化的成型方法使所述混合物浆料成型的成型工序。本专利技术的成型方法可以是流延法或强磁场法。其中，采用流延法时，所述无机填料在原料总量(即所述无机填料与所述聚合物的总量，或所述无机填料与所述预聚体/单体的总量)中的质量百分数优选为0.05 75wt% ;采用强磁场法时，所述无机填料在原料总量中的质量百分数优选为0.05 50wt%。作为本专利技术适用的无机粉体优选为六方氮化硼、石墨、氧化石墨、石墨烯等。又，所述粉体的平均粒径优选取50nm至10微米。在流延法时，所述无机填料微纳米粉体的粒径优选为0.05 10 μ m。在强磁场法时，所用无机填料微纳米粉体的粒径优选为0.2 10 μ m。在本专利技术中，所述无机填料的添加量相对于原料总量的质量百分量优选为0.05 75%。又，原料混合时，混合物浆料中固体总含量优选为I 60wt%，以使浆料有很好的流变性能。在本专利技术中，当使用单体时，需要在所述混合物浆料中加入相应引发剂(I 5wt%),以促进所述单体聚合。又，当使用预聚体时，需要在所述混合物浆料中加入相应固化剂(I 5wt%)以促进所述预聚体固化。较佳地，在所述混合工序中还包括将所述溶液在50°C 200°C的恒温温度下搅拌10 400min直至获得所述填料均勻分散的所述混合物衆料的搅拌工序。在本专利技术中，所述成型方法可以是提供剪切力的流延法。在以所述流延法成型时，优选地将所述混合物衆料以0.1 100m/min的流延速度、0.05 5mm的厚度进行流延。又，在所述流延完毕后，可以通过自然干燥或放入40 120°C的烘箱中2 120h，通过溶剂挥发、交联聚合等固化后取出脱模即可制得本专利技术具有高导热聚合物基复合材料。在本专利技术中，所述成型方法也可以是提供磁场力的强磁场法。在以所述强磁场法进行成型时，优选地将所述混合物浆料倒入所需形状尺寸的模具中，放入强度为I 20T、温度为20 300°C的磁场中保持I 240min进行固化成型。具体地，将混合物液体倒入所需形状尺寸的模具中，放入强度为I 20T的磁场中通过溶剂挥发、交联聚合等固化；磁场内温度为20 300°C，保持时间I 240min后取出，自然冷却至室温后脱模即可制得本专利技术具有高导热聚合物基复合材料。另一方面，本专利技术还提供一种由本专利技术的方法制得的填料织构化的高导热聚合物基复合材料。在所述复合材料中，形貌各向异性的填料颗粒沿着或垂直于所述定向作用力方向定向排列而形成织构化，其中沿填料排列方向的热导率高于IW/(m.k)，甚至高达6.3 Iff/ (m.k)。本专利技术的方法简单易行，克服了填料织构化困难，成本高，操作复杂，适用范围窄的缺点，制备过程绿色环保无污染；聚合物基体可选择性大，大多数通用热塑性塑料或可以通过原位聚合/交联而成的聚合物均适用本专利技术；填料添加量基本不受限制，可在很大范围内选择。又，本专利技术的方法适合制备各向异性的高导热塑料，并用于微电子高密度组装集成电路中的热界面及其他需要良好散热性 的场合，提高电子器件散热效率，进而增加其使用寿命。本专利技术的复合材料具有填料织构化，特定方向热导性极好，并具有良好的可加工性和柔韧性的特点。其沿剪切力方向的热导率高于IW/(m *k)，甚至高达6.31ff/(m -k)(较纯聚合物提高了 63倍)。附图说明图1是含30wt%h_BN的PVA复合材料流延产品； 图2是流延法制备的h-BN/PVA复合材料沿流延方向的热导率汇总； 图3是强磁场法制备的h-BN/PI复合材料沿磁场控制方向的热导率汇总。具体实施例方式以下结合下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术提供填料织构化的聚合物基复合材料及其制备方法。本专利技术的填料织构化的高导热聚合物基复合材料的制备方法，包括:将具有二维几何本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种填料织构化的高导热聚合物基复合材料的制备方法，其特征在于，包括：将具有各向异性二维几何形貌的微纳米无机填料粉体原料均匀分散于热塑性树脂聚合物原料的溶液中、或使所述无机填料粉体原料均匀分散于能够通过原位聚合合成所述聚合物的预聚体/单体原料溶液中，并形成混合物浆料的混合工序；以及通过能够提供定向作用力使所述填料织构化的成型方法使所述混合物浆料成型的成型工序。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓，谢滨欢，张国军，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：
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