CN104327460A - 一种基于聚醚砜和氮化硼的高效制备导热环氧树脂的方法 - Google Patents
一种基于聚醚砜和氮化硼的高效制备导热环氧树脂的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于聚醚砜和氮化硼的高效制备导热环氧树脂的方法。该方法基于少量的聚醚砜与环氧树脂共混时形成连续相或半连续相结构，使导热填料分散在连续相基体中形成导热通道，获得导热环氧树脂。本发明具有以下优点：无机亚微米粉体氮化硼颗粒经过表面处理后在基体中分散均匀，不易团聚；制备工艺易操作；所得样品与传统方法所得样品比较，导热粉体氮化硼随着PES连续相的形成更加容易形成导热通道，导热填料填充效率更高；复合材料有更好的冲击性能。
Description
技术领域
本发明涉及环氧树脂复合材料制备方法领域，具体涉及一种采用聚醚砜和无机亚微米粉体氮化硼制备导热环氧树脂复合材料的方法。
背景技术
近年来，随着电子、电气元器件和设备向轻薄化和大功率化方向发展，对具有导热绝缘的封装材料的需求也越来越大。因为高性能电子电气产品在运行过程中必然会产生更多的热量，如果散热得不到有效解决，这将大大降低产品的功效，缩短产品的使用寿命。因此，散热在电子封装和热传导工业已经成为一个非常重要的问题，具有导热绝缘作用的封装材料对产品性能的提高和使用寿命的延长具有极其重要的作用。
电子封装材料的种类很多，当前主要使用环氧树脂类封装材料，它具有良好的粘结性能、电气绝缘性能、加工性能和优异的尺寸稳定性，且成本较低。然而它也有一些不足，如延伸率低、脆性大和导热性能差。
提高聚合物导热性能的途径主要有两种:1.本体性，即合成的聚合物本身具有高导热的结构，如具有良好导热性能的聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等,主要通过电子导热机制实现导热；或具有完整结晶性,通过声子实现导热的聚合物。此类方法工艺复杂，加工成本高。2.填充型，即高导热无机物对聚合物进行填充复合制备聚合物/无机物导热复合材料,通过填料的高导热性能来提高复合材料的导热性能。环氧树脂的导热改性一般采用填充型方法，通过添加导热填料物理共混提高环氧树脂的导热性能，此法加工容易、成本低，但导热填料使用效率低，且复合材料脆性大，对用于高性能产品的散热还存在一定的缺陷。
发明内容
本发明提供一种基于聚醚砜和氮化硼的高效制备导热环氧树脂的方法。此方法基于少量的聚醚砜(PES)与环氧树脂共混时即可形成连续相或半连续相结构，使导热填料较为有效地分散在连续相基体中形成导热通道，获得导热性能良好且绝缘的环氧树脂。本发明制备方法简单，制备温度较低。
本发明的目的在于提供复合材料的制备方法。一种基于聚醚砜和氮化硼的高效制备导热环氧树脂的方法，基于少量的聚醚砜与环氧树脂共混时形成连续相或半连续相结构，使导热填料分散在连续相基体中形成导热通道，获得导热环氧树脂。
一种基于聚醚砜和氮化硼的高效制备导热环氧树脂的方法，包括以下步骤：(1)纳米氮化硼颗粒改性
1)在250ml烧瓶中称量150ml无水乙醇，称量一定量的偶联剂溶解在无水乙醇中，然后称量一定量的无机亚微米粉体氮化硼粉末，缓慢加入到无水乙醇溶液中；
2)对无机亚微米粉体氮化硼溶液进行超声处理1-2h；
3)在机械搅拌条件下，加热无机亚微米粉体氮化硼溶液回流4h；
4)用50ml无水乙醇对氮化硼溶液进行抽滤，用于洗去未反应的偶联剂，然后在80-100℃真空烘箱中干燥5-15h，得到改性的氮化硼颗粒，并贮存于干燥器内备用；
(2)复合材料制备
1)将聚醚砜加入到液态固化剂中，在50-70℃的条件下机械搅拌3-5h，至溶解均匀；
2)将步骤(1)中得到的改性后的氮化硼粉末加入分散好的上述溶液中，在50-70℃条件下机械搅拌4h，使得氮化硼粉末与聚醚砜充分分散均匀；
3)向上述溶液中加入一定量的环氧树脂，在50-70℃条件下搅拌20-60min至溶液均匀；
4)放入真空烘箱中在60-100℃条件下抽真空，持续5-15min，反复2-3次，直到充分除去液体中的气泡；
5)将混合后的无气泡的混合液浇注至自制的模具中，按照100℃2-3h，120℃4-6h的工艺条件进行固化；
6)取出模具，在室温下冷却1-2h，脱模后即得到导热环氧树脂。
其中，步骤(1)中的1)中所述的偶联剂为KH-570硅烷偶联剂；无机亚微米粉体氮化硼粉末需要在真空烘箱中100℃干燥后使用；乙醇、无机亚微米粉体氮化硼粉末及偶联剂的用量按照质量比计为300：50：1；
步骤(2)中的1)中所述的液态固化剂为甲基四氢苯酐；聚醚砜与甲基四氢苯酐的质量比为1:4；3)中所述的环氧树脂与甲基四氢苯酐用量比为5:4，改性的氮化硼颗粒的用量为5.3-11.2g。
本发明具有以下优点：(1)无机亚微米粉体氮化硼颗粒经过表面处理后在基体中分散均匀，不易团聚；(2)制备工艺易操作；(3)所得样品与传统方法所得样品比较，导热粉体氮化硼随着PES连续相的形成更加容易形成导热通道，导热填料填充效率更高；(4)复合材料有更好的冲击性能。
附图说明
图1为实施例1-3制得样品的导热性能
图2为5％BN/EP/PES复合材料扫描电镜照片
图3为5％BN/EP/PES刻蚀PES复合材料扫描电镜照片
具体实施方式
以下将通过具体实施例对本发明作进一步描述，但不应将其理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种基于聚醚砜材料制备环氧树脂复合材料的方法，包括以下步骤：
1)将10g聚醚砜加入到40g液态固化剂甲基四氢苯酐中，在50℃的条件下机械搅拌3h，至溶解均匀；
2)向上述溶液中加入50g环氧树脂，在50℃条件下搅拌20min至溶液均匀；
3)放入真空烘箱中在60℃条件下抽真空，持续5min，反复2次，直到充分除去液体中的气泡；
4)将混合后的无气泡的混合液浇注至自制的模具中，按照120℃5h的工艺条件进行固化；
5)取出模具，在室温下冷却1h，脱模后即得到环氧/聚醚砜复合材料。
实施例2
一种基于聚醚砜和氮化硼的高效制备导热环氧树脂的方法，包括以下步骤：(1)纳米氮化硼颗粒改性
1)在250ml烧瓶中称量150ml无水乙醇，称量0.5g KH-570硅烷偶联剂溶解在无水乙醇中，然后称量25g在真空烘箱中100℃干燥后的无机亚微米粉体氮化硼粉末，缓慢加入到无水乙醇溶液中；
2)对无机亚微米粉体氮化硼溶液进行超声处理1h；
3)在机械搅拌条件下，加热无机亚微米粉体氮化硼溶液回流4h；
4)用50ml无水乙醇对氮化硼溶液进行抽滤，用于洗去未反应的偶联剂，然后在80℃真空烘箱中干燥5h，得到改性的氮化硼颗粒，并贮存于干燥器内备用；
(2)复合材料制备
1)将10g聚醚砜加入到40g液态固化剂甲基四氢苯酐中，在50℃的条件下机械搅拌3h，至溶解均匀；
2)将步骤(1)中得到的改性后的氮化硼粉末5.3g加入分散好的上述溶液中，在50℃条件下机械搅拌4h，使得氮化硼粉末与聚醚砜充分反应且均匀分散；
3)向上述溶液中加入50g环氧树脂，在50℃条件下搅拌20min至溶液均匀；
4)放入真空烘箱中在60℃条件下抽真空，持续5min，反复2次，直到充分除去液体中的气泡；
5)将混合后的无气泡的混合液浇注至自制的模具中，按照100℃2h，120℃4h的工艺条件进行固化；
6)取出模具，在室温下冷却1h，脱模后即得到导热环氧树脂。
实施例3
一种基于聚醚砜和氮化硼的高效制备导热环氧树脂的方法，包括以下步骤：(1)纳米氮化硼颗粒改性
1)在250ml烧瓶中称量150ml无水乙醇，称量0.5g KH-570硅烷偶联剂溶解在无水乙醇中，然后称量25g在真空烘箱中100℃干燥后的无机亚微米粉体氮化硼粉末，缓慢加入到无水乙醇溶液中；
2)对无机亚微米粉体氮化硼溶液进行超声处理1h；
3)在机械搅拌条件下，加热无机亚微米粉体氮化硼溶液回流4h；
4)用50ml无水乙醇对氮化硼溶液进行抽滤，用于洗去未反应的偶联剂，然后在100℃真空烘箱中干燥15h，得到改性的氮化硼颗粒，并贮存于干燥器内备用；
(2)复合材料制备
1)将10g聚醚砜加入到40g液态固化剂甲基四氢苯酐中，在70℃的条件下机械搅拌5h，至溶解均匀；
2)将步骤(1)中得到的改性后的氮化硼粉末11.2g加入分散好的上述溶液中，在70℃条件下机械搅拌4h，使得氮化硼粉末与聚醚砜充分反应且均匀分散；
3)向上述溶液中加入50g环氧树脂，在70℃条件下搅拌60min至溶液均匀；
4)放入真空烘箱中在100℃条件下抽真空，持续15min，反复3次，直到充分除去液体中的气泡；
5)将混合后的无气泡的混合液浇注至自制的模具中，按照100℃3h，120℃4h的工艺条件进行固化；；
6)取出模具，在室温下冷却2h，脱模后即得到导热环氧树脂。
对上述实施例1-3制得样品的导热性能进行了测试，并且采用电镜观察形貌，测试结果如下所示。由刻蚀前后电镜图片对比可以明显看出EP/PES/BN形成网络互穿结构，含BN的PES相形成导热通道的结构。用本方法制备的环氧树脂复合材料(EP/PES/BN)比常规改性的环氧树脂复合材料(EP/BN)具有更好的导热性能，且比纯环氧具有更高的冲击强度，样品保持绝缘。
表1 实施例1-3制得样品的电阻
表2 材料的冲击强度
Claims (4)
1.一种基于聚醚砜和氮化硼的高效制备导热环氧树脂的方法，其特征在于，基于少量的聚醚砜与环氧树脂共混时形成连续相或半连续相结构，使导热填料分散在连续相基体中形成导热通道，获得导热环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的一种基于聚醚砜和氮化硼的高效制备导热环氧树脂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)纳米氮化硼颗粒改性
1)在250ml烧瓶中称量150ml无水乙醇，称量一定量的偶联剂溶解在无水乙醇中，然后称量一定量的无机亚微米粉体氮化硼粉末，缓慢加入到无水乙醇溶液中；
2)对无机亚微米粉体氮化硼溶液进行超声处理1-2h；
3)在机械搅拌条件下，加热无机亚微米粉体氮化硼溶液回流4h；
4)用50ml无水乙醇对氮化硼溶液进行抽滤，用于洗去未反应的偶联剂，然后在80-100℃真空烘箱中干燥5-15h，得到改性的氮化硼颗粒，并贮存于干燥器内备用；
(2)复合材料制备
1)将聚醚砜加入到液态固化剂中，在50-70℃的条件下机械搅拌3-5h，至溶解均匀；
2)将步骤(1)中得到的改性后的氮化硼粉末加入分散好的上述溶液中，在50-70℃条件下机械搅拌4h，使得氮化硼粉末与聚醚砜充分分散均匀；
3)向上述溶液中加入一定量的环氧树脂，在50-70℃条件下搅拌20-60min至溶液均匀；
4)放入真空烘箱中在60-100℃条件下抽真空，持续5-15min，反复2-3次，直到充分除去液体中的气泡；
5)将混合后的无气泡的混合液浇注至自制的模具中，按照100℃2-3h，120℃4-6h的工艺条件进行固化；
6)取出模具，在室温下冷却1-2h，脱模后即得到导热环氧树脂。
3.根据权利要求2所述的一种基于聚醚砜和氮化硼的高效制备导热环氧树脂的方法，其特征在于，步骤(1)中的1)中所述的偶联剂为KH-570硅烷偶联剂；无机亚微米粉体氮化硼粉末需要在真空烘箱中100℃干燥后使用；乙醇、无机亚微米粉体氮化硼粉末及偶联剂的用量按照质量比计为300：50：1。
4.根据权利要求2所述的一种基于聚醚砜和氮化硼的高效制备导热环氧树脂的方法，其特征在于，步骤(2)中的1)中所述的液态固化剂为甲基四氢苯酐；聚醚砜与甲基四氢苯酐的质量比为1:4；3)中所述的环氧树脂与甲基四氢苯酐用量比为5:4，改性的氮化硼颗粒的用量为5.3-11.2g。
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