一种低填充高导热聚合物复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于聚合物复合材料，涉及是一种低填充高导热聚合物复合材料及其制备方法。
背景技术
随着电子封装技术的小型化、电子芯片等多种技术的发展,电子器件的散热要求越来越高。聚合物复合材料具有工艺简单、重量轻、耐化学性好等优点，因此广泛应用于现代产品的散热领域，常见的聚合物导热材料有导热垫片、导热灌封胶、导热凝胶以及导热塑料等。然而大部分聚合物本身的导热系数较低，无法满足现在产品对导热性能的需求。常见的聚合物材料，例如环氧树脂、聚酰胺、聚氨酯、硅橡胶等导热系数普遍在0.20 W m-1 K-1左右。因此，通常通过添加导热填料提升其导热性能，获取较高的导热能力。常用的导热填料有氧化铝、氮化硼、氮化铝等陶瓷材料，除此之外，碳材料包括石墨片、膨胀石墨、石墨烯以及碳纤维也常作为导热填料。目前，制备高导热聚合物基复合材料往往需要填充较高填充量的导热粉体，填充量高的粉体容易造成聚合物成型困难，力学性能损害等缺陷，因此寻求在较低填充量下实现较高的导热系数是聚合物导热领域的重要方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低填充高导热聚合物复合材料及其制备方法
为了实现本发明的目的，具体技术方案如下：
一种低填充高导热聚合物复合材料及其制备方法，包括如下步骤：
（1）首先称取一定量的聚乙二醇聚合物置于烘箱80-120℃中熔融，将熔融完全的聚乙二醇转移至加热台中恒温（80-120℃）搅拌，然后在搅拌的过程中缓慢加入膨胀石墨，搅拌均匀后在真空干燥箱中进行真空吸附，冷却得到聚乙二醇/膨胀石墨共混物A。
（2）称取一定量的计量比的环氧单体、固化剂以及其他助剂，加入其他组分的绝缘片状填料，搅拌10-60min。然后与组分A共混，继续搅拌10-30min后倒入模具中，固化，得到所制备的样品。
所述的低填充高导热聚合物复合材料中无机填料占复合材料质量比低于30%，所制备导热材料的导热系数大于2.0 W m-1 K-1。
步骤1所述的聚乙二醇为分子量在1000至20000之间，所述的膨胀石墨微石墨片通过膨胀方法获取的具有多孔结构的碳材料，所述的聚乙二醇与膨胀石墨烯的质量比为1：7-12。
步骤2所述的一定计量比为根据环氧树脂单体官能团与固化剂官能团计算得到的配比，所述的助剂主要包括固化促进剂，用量比为占环氧质量的0%-5%。
步骤2所述的环氧树脂，包括双酚A型环氧树脂，双酚F型环氧树脂等，所述的固化剂包括伯胺类固化剂、叔胺类固化剂以及酸酐类固化剂。
步骤2所述的他组分的绝缘片状填料，包括不同片状的氮化硼、氧化铝、氮化铝等导热填料中的一种或多种。
本发明利用碳材料膨胀石墨的高导热性以及多孔结构特性，将熔融的聚乙二醇首先填充至膨胀石墨的多孔结构中，形成聚乙二醇/膨胀石墨共混物A。然后将另一组份的导热填料与环氧树脂共混成组分B。紧接着将A组分与B组分共混，固化，形成所需要的复合材料。
采用上述技术方案后，本发明的有益效果如下：
本发明利用两种导热填料，采用双组份共混方法，一方面可使具有蠕虫状结构的膨胀石墨形成导热通路，另一方面加入组分B以后，可以使片状的导热填料附着在膨胀石墨表面，构成双结构通路，使其在较低填充下具有较高的导热系数。此外，在制备过程中，由于膨胀石墨的多孔结构吸附了大量的聚乙二醇，聚乙二醇具有优异的相变储能能力，同时加入的B组分中，片状导热填料以及交联的环氧网络结构都可以阻隔聚乙二醇固液转换时的泄露，从而赋予所制备的导热材料具有良好的相变储能效果和相变稳定性。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。在不背离本发明精神和本质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。
实施例1
（1）首先称取144g聚乙二醇聚合物置于100℃烘箱中熔融，将熔融完全的聚乙二醇转移至加热台中120℃搅拌，然后在搅拌的过程中缓慢加入16g膨胀石墨，搅拌均匀后在真空干燥箱中120℃进行真空吸附，冷却得到聚乙二醇/膨胀石墨共混物A。
（2）称取环氧单体E51 80g、聚酰胺固化剂A950 64g，然后加入96g片状氮化硼，搅拌20min，加入聚乙二醇/膨胀石墨共混物A组分，继续搅拌30min，倒入模具，固化，得到所制备的样品，此样品实验证明：具有良好的相变储能效果和相变稳定性。
实施例2
（1）首先称取144g聚乙二醇聚合物置于100℃烘箱中熔融，将熔融完全的聚乙二醇转移至加热台中120℃搅拌，然后在搅拌的过程中缓慢加入16g膨胀石墨，搅拌均匀后在真空干燥箱中120℃进行真空吸附，冷却得到聚乙二醇/膨胀石墨共混物A。
（2）称取环氧单体E44 100g、甲基六氢邻苯二甲酸酐120g，促进剂2-乙基-4 -甲基咪唑0.5g，然后加入96g片状氮化硼，搅拌20min，加入聚乙二醇/膨胀石墨共混物A组分，继续搅拌30min，倒入模具，固化，得到所制备的样品。
实施例3
（1）首先称取100g聚乙二醇聚合物置于120℃烘箱中熔融，将熔融完全的聚乙二醇转移至加热台中100℃搅拌，然后在搅拌的过程中缓慢加入8g膨胀石墨，搅拌均匀后在真空干燥箱中100℃进行真空吸附，冷却得到聚乙二醇/膨胀石墨共混物A。
（2）称取环氧单体E44 100g、聚酰胺固化剂A950 80g，然后加入50g片状氮化铝，搅拌50min，加入聚乙二醇/膨胀石墨共混物A组分，继续搅拌20min，倒入模具，固化，得到所制备的样品，此样品实验证明：具有良好的相变储能效果和相变稳定性。
实施例4
（1）首先称取90g聚乙二醇聚合物置于80℃烘箱中熔融，将熔融完全的聚乙二醇转移至加热台中90℃搅拌，然后在搅拌的过程中缓慢加入10g膨胀石墨，搅拌均匀后在真空干燥箱中100℃进行真空吸附，冷却得到聚乙二醇/膨胀石墨共混物A。
（2）称取环氧单体E44 100g、聚酰胺固化剂A950 80g，然后加入80g片状氧化铝，搅拌50min，加入聚乙二醇/膨胀石墨共混物A组分，继续搅拌20min，倒入模具，固化，得到所制备的样品，此样品实验证明：具有良好的相变储能效果和相变稳定性。
实施例5
（1）首先称取144g聚乙二醇聚合物置于100℃烘箱中熔融，将熔融完全的聚乙二醇转移至加热台中120℃搅拌，然后在搅拌的过程中缓慢加入16g膨胀石墨，搅拌均匀后在真空干燥箱中120℃进行真空吸附，冷却得到聚乙二醇/膨胀石墨共混物A。
（2）称取环氧单体E51 100g、固化剂二氨基二苯甲烷25g，然后加入80g片状氮化硼，搅拌60min，加入聚乙二醇/膨胀石墨共混物A组分，继续搅拌30min，倒入模具，固化，得到所制备的样品，此样品实验证明：具有良好的相变储能效果和相变稳定性。
