CN105128372A - 一种高导热复合聚合物薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高导热复合聚合物薄膜的制备方法，先将高导热颗粒或者纤维与聚合物颗粒混合，采用注塑成型或者模压成型工艺得到含有高导热颗粒或纤维的第一聚合物薄膜，将第一聚合物薄膜放置在多孔模板上，再将多孔模板放入到真空加热箱里加热；等第一聚合物薄膜融化后填充多孔模板，形成第二聚合物薄膜；一段时间后，将包含第二聚合物薄膜的多孔模板从真空加热箱中取出，冷却到室温，去除多孔模板得到第二聚合物薄膜；最后依次使用去离子水和无水乙醇漂洗第二聚合物薄膜，将第二聚合物薄膜放置在真空环境中干燥即得高导热复合聚合物薄膜，高导热颗粒或纤维的添加提高聚合物薄膜的导热性能，多孔模板浸润技术也提高聚合物薄膜的导热性能，工艺简单。

Description

一种高导热复合聚合物薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及导热材料技术领域，具体涉及一种高导热复合聚合物薄膜的制备方法。
背景技术
国防工业和国民经济等各个领域都离不开导热材料，通常导热材料指金属、金属氧化物、金属氮化物和一些非金属材料。工业水平的迅速提高对导热材料提出了抗腐蚀、质轻、成型工艺简单等新的要求，这限制了传统材料的使用。由于聚合物纳米结构的力学、电学、热学性质特殊，有望在电子、航天和微纳器件等领域获得广泛应用，因而备受关注。聚合物纳米结构薄膜被作为导热材料来增强固-固界面的导热性能，不过，由于聚合物材料的热导率很低(只有0.1-1W/mK)，因此对导热性能的提高有限，为提高聚合物导热性能，可以填充碳纳米管、陶瓷颗粒等高导热材料，由于界面的接触热阻较高，聚合物纳米复合材料的热导率仍然较低，另外使用纳米多孔模板润湿技术可得到聚乙烯纳米线阵列，该方法制备的聚乙烯薄膜有较高热导率，但仍不能满足工业生产中的超高密度散热要求。因此，迫切需要新技术来提高聚合物纳米结构本身的热导率。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高导热复合聚合物薄膜的制备方法，制备的高导热复合聚合物薄膜具有高热导率。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种高导热复合聚合物薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)将高导热颗粒或者纤维与聚合物颗粒按照质量比1:1—1:10混合，采用注塑成型或者模压成型工艺得到含有高导热颗粒或纤维的第一聚合物薄膜3；
2)将步骤1)制备的第一聚合物薄膜3放置在多孔模板4上，再将多孔模板4放入到真空加热箱1里，真空加热箱1保持130℃—180℃恒温；
3)等第一聚合物薄膜3融化后，在毛细力和加压装置2提供的外部压力共同作用下填充多孔模板4，形成第二聚合物薄膜；
4)30-90分钟后，将得到的包含第二聚合物薄膜的多孔模板4从真空加热箱1中取出；
5)将包含第二聚合物薄膜的多孔模板4冷却到室温，去除多孔模板4得到第二聚合物薄膜；
6)依次使用去离子水和无水乙醇漂洗第二聚合物薄膜，最后将第二聚合物薄膜放置在30℃的真空环境中干燥即得高导热复合聚合物薄膜。
所述的步骤1)中高导热颗粒或者纤维为金属类填料、碳类填料或陶瓷类填料，金属类填料包括Ag、Cu、Al、Mg；碳类填料包括石墨、金刚石、碳纳米管、石墨烯；陶瓷类填料包括氮化硼、氮化硅、碳化硅。
所述的步骤1)中聚合物颗粒包括聚乙烯颗粒PE、聚丙烯颗粒PP、聚甲醛颗粒POM。
所述的步骤1)中注塑成型的具体步骤是：将混合高导热颗粒或者纤维的聚合物颗粒加入到注射机中，聚合物颗粒受热熔融，在压力下经注射机喷嘴和模具的浇注系统，注入到模具中，经冷却定型后，熔融的塑料就固化成为需要的塑料薄膜。
所述的步骤1)中模压成型的具体步骤是：将混合高导热颗粒或者纤维的聚合物颗粒加入到金属模具的对模模腔中，控制带热源的压机从而产生相应的温度和压力，聚合物颗粒在该温度和压力下受热软化、流动，充满模腔成型和固化，就得到需要的塑料薄膜。
所述的多孔模板4采用阳极氧化铝(AAO)模板、二氧化硅(SiO2)模板或分子筛。
所述的步骤5)使用溶液腐蚀法或者机械法将多孔模板4去除，得到第二聚合物薄膜。
本发明的有益效果：高导热颗粒或纤维的添加可以提高聚合物薄膜的导热性能，而多孔模板浸润技术也可以提高聚合物薄膜的导热性能，制备的高导热复合聚合物薄膜热导率高，热导率达到10-50W/mK，原料来源广泛，工艺简单，生产成本低，有望解决传统材料在工业应用中的困境。
附图说明
附图为将表面放置有第一聚合物薄膜3的多孔模板4放入到真空加热箱1的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做详细描述。
实施例1
参照附图，一种高导热复合聚乙烯薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)将高导热颗粒与聚合物颗粒按照质量比1:10混合，采用注塑成型工艺得到含有高导热颗粒或纤维的第一聚合物薄膜3，高导热颗粒为Ag颗粒，聚合物颗粒为聚乙烯PE；
2)将步骤1)制备的第一聚合物薄膜3放置在多孔模板4上，再将多孔模板4放入到真空加热箱1里，真空加热箱1保持1300恒温；
3)等第一聚合物薄膜3融化后，在毛细力和加压装置2提供的外部压力共同作用下填充多孔模板4，形成第二聚合物薄膜；
4)30分钟后，将得到的包含第二聚合物薄膜的多孔模板4从真空加热箱1中取出；
5)将包含第二聚合物薄膜的多孔模板4冷却到室温，使用NaOH溶液腐蚀法去除多孔模板4得到第二聚合物薄膜；
6)依次使用去离子水和无水乙醇漂洗第二聚合物薄膜，最后将第二聚合物薄膜放置在30℃的真空环境中干燥即得高导热复合聚乙烯薄膜。
所述的多孔模板4采用阳极氧化铝(AAO)模板。
本实施例的有益效果为：本实施例制备的高导热复合聚乙烯薄膜结构存在热传递所需要的均一致密的有序晶体结构或载荷子，高导热颗粒之间相互作用，在体系中形成类似网状或链状的形态，即:导热网链。导热网链的存在大幅提高沿热流方向的热导率。制备得到的复合聚乙烯薄膜的热导率约为14W/mK，而且抗腐蚀、质轻、成型工艺简单。
实施例2
参照附图，一种高导热复合聚乙烯薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)将高导热纤维与聚合物颗粒按照1:5比例混合，采用模压成型工艺得到含有高导热颗粒或纤维的第一聚合物薄膜3，高导热纤维为碳纤维，聚合物颗粒为聚乙烯PE；
2)将步骤1)制备的第一聚合物薄膜3放置在多孔模板4上，再将多孔模板4放入到真空加热箱1里，真空加热箱1保持150℃恒温；
3)等第一聚合物薄膜3融化后，在毛细力和加压装置2提供的外部压力共同作用下填充多孔模板4，形成第二聚合物薄膜；
4)60分钟后，将得到的包含第二聚合物薄膜的多孔模板4从真空加热箱1中取出；
5)将包含第二聚合物薄膜的多孔模板4冷却到室温，使用HF溶液腐蚀法去除多孔模板4得到第二聚合物薄膜；
6)依次使用去离子水和无水乙醇漂洗第二聚合物薄膜，最后将第二聚合物薄膜放置在30℃的真空环境中干燥即得高导热复合聚乙烯薄膜。
所述的多孔模板4采用二氧化硅(SiO2)模板。
本实施例的有益效果为：本实施例制备的高导热复合聚乙烯薄膜结构存在热传递所需要的均一致密的有序晶体结构或载荷子，高导热碳纤维之间相互作用，在体系中形成类似网状或链状的形态，即:导热网链，且该导热网链相对导热颗粒形成的导热网链更为有效。制备得到的复合聚乙烯薄膜的热导率约为25W/mK，而且抗腐蚀、质轻、成型工艺简单。
实施例3
参照附图，一种高导热复合聚丙烯薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)将高导热纤维与聚合物颗粒按照质量比1:1比例混合，采用注塑成型工艺得到含有高导热颗粒或纤维的第一聚合物薄膜3，高导热纤维为AIN晶须，聚合物颗粒为聚丙烯PP；
2)将步骤1)制备的第一聚合物薄膜3放置在多孔模板4上，再将多孔模板4放入到真空加热箱1里，真空加热箱1保持180℃恒温；
3)等第一聚合物薄膜3融化后，在毛细力和加压装置2提供的外部压力共同作用下填充多孔模板4，形成第二聚合物薄膜；
4)90分钟后，将得到的包含第二聚合物薄膜的多孔模板4从真空加热箱1中取出；
5)将包含第二聚合物薄膜的多孔模板4冷却到室温，使用机械法去除多孔模板4得到第二聚合物薄膜；
6)依次使用去离子水和无水乙醇漂洗第二聚合物薄膜，最后将第二聚合物薄膜放置在30℃的真空环境中干燥即得高导热复合聚丙烯薄膜。
所述的多孔模板3采用分子筛。
本实施例的有益效果为：本实施例制备的高导热复合聚丙烯薄膜结构存在热传递所需要的均一致密的有序晶体结构或载荷子，高导热AIN晶须之间相互作用，在体系中形成类似网状或链状的形态，即:导热网链，且该导热网链相对导热颗粒形成的导热网链更为有效。制备得到的复合聚丙烯薄膜的热导率约为45W/mK，而且抗腐蚀、质轻、成型工艺简单。

Claims (7)

1.一种高导热复合聚合物薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将高导热颗粒或者纤维与聚合物颗粒按照质量比1:1—1:10混合，采用注塑成型或者模压成型工艺得到含有高导热颗粒或纤维的第一聚合物薄膜(3)；
2)将步骤1)制备的第一聚合物薄膜(3)放置在多孔模板(4)上，再将多孔模板(4)放入到真空加热箱(1)里，真空加热箱(1)保持130℃—180℃恒温；
3)等第一聚合物薄膜(3)融化后，在毛细力和加压装置(2)提供的外部压力共同作用下填充多孔模板(4)，形成第二聚合物薄膜；
4)30-90分钟后，将得到的包含第二聚合物薄膜的多孔模板(4)从真空加热箱(1)中取出；
5)将包含第二聚合物薄膜的多孔模板(4)冷却到室温，去除多孔模板(4)得到第二聚合物薄膜；
6)依次使用去离子水和无水乙醇漂洗第二聚合物薄膜，最后将第二聚合物薄膜放置在30℃的真空环境中干燥即得高导热复合聚合物薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种高导热复合聚合物薄膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)中高导热颗粒或者纤维为金属类填料、碳类填料或陶瓷类填料，金属类填料包括Ag、Cu、Al、Mg；碳类填料包括石墨、金刚石、碳纳米管、石墨烯；陶瓷类填料包括氮化硼、氮化硅、碳化硅。
3.根据权利要求1所述的一种高导热复合聚合物薄膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)中聚合物颗粒包括聚乙烯颗粒PE、聚丙烯颗粒PP、聚甲醛颗粒POM。
4.根据权利要求1所述的一种高导热复合聚合物薄膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)中注塑成型的具体步骤是：将混合高导热颗粒或者纤维的聚合物颗粒加入到注射机中，聚合物颗粒受热熔融，在压力下经注射机喷嘴和模具的浇注系统，注入到模具中，经冷却定型后，熔融的塑料就固化成为需要的塑料薄膜。
5.根据权利要求1所述的一种高导热复合聚合物薄膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)中模压成型的具体步骤是：将混合高导热颗粒或者纤维的聚合物颗粒加入到金属模具的对模模腔中，控制带热源的压机从而产生相应的温度和压力，聚合物颗粒在该温度和压力下受热软化、流动，充满模腔成型和固化，就得到需要的塑料薄膜。
6.根据权利要求1所述的一种高导热复合聚合物薄膜的制备方法，其特征在于：所述的多孔模板(4)采用阳极氧化铝(AAO)模板、二氧化硅(SiO2)模板或分子筛。
7.根据权利要求1所述的一种高导热复合聚合物薄膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤5)使用溶液腐蚀法或者机械法将多孔模板(4)去除，得到第二聚合物薄膜。
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