CN105646986A - 一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料及其制备方法。一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料，按照质量计，包括70～99％的高分子粉体和1～30％导热绝缘填料。一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料的制备方法，包括：(1)将1～30份导热绝缘填料与70～99份高分子粉体混合，通过机械研磨制备导热绝缘填料高分子粉体核壳结构，研磨压力：3～30MPa，研磨时间5～60min；(2)将导热绝缘填料高分子粉体核壳结构置于模具中通过热压成型，制备具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料，成型压力为5～50MPa，成型温度为80℃～350℃，成型时间10～60min。

Description

一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料及其制备方法，属于材料科学与工程领域。
背景技术
高分子材料以其优异的耐化学腐蚀性、电气绝缘性能、质轻、易加工成型等突出优点，广泛应用于各个领域。
但是，大多数高分子材料的导热性能都较差，其本征导热系数一般在0.2W/m·K左右，远不能满足绝缘散热及导热场合的使用要求。
目前提高高分子材料导热性能的主要方法是填充具有高热导率的绝缘陶瓷填料，如氧化铝、氮化硼、氮化铝等，一般需要较高的填料用量才能形成连续导热通路。如中国专利文献CN101067044A中，导热绝缘填料占35～65％；中国专利文献CN101899209A中，导热绝缘填料占40～85％。大量导热绝缘填料的加入，损失了高分子材料的力学性能、电绝缘性能和加工成型性能。
在导电高分子复合材料研究中，调控导电填料在高分子材料中的分布，设计制备具有隔离结构的导电高分子复合材料，是降低导电填料含量的有效方法，受到研究者广泛关注。中国专利文献CN104530521A的具有隔离结构的导电高分子复合材料中，导电粒子的体积只有高分子材料/导电粒子共混料体积的1～10％。中国专利文献CN102617918A的具有隔离结构的导电高分子复合材料中，导电填料碳纳米管含量只有1～2％。因此，在具有隔离结构的导电高分子复合材料中，导电填料含量较低，使复合材料具有优异的力学性能和加工成型性能。
发明内容
发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明的第一个目的在于公开一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料。本发明的第二个目的在于公开一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料的制备方法。
技术方案：一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料，按照质量计，包括70～99％的高分子粉体和1～30％导热绝缘填料。
进一步地，所述高分子粉体为热塑性高分子粉体，所述高分子粉体粒径为10～2000μm。
更进一步地，所述高分子粉体为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯的一种或几种。
更进一步地，所述高分子粉体为聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲醛、聚苯醚的一种或几种。
更进一步地，所述高分子粉体为聚砜、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮的一种或几种。
进一步地，所述导热绝缘填料为氧化铝、氮化硼、氮化铝、氮化硅和碳化硅中的一种或几种，所述导热绝缘填料的粒径为0.01～100μm。
一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将1～30份导热绝缘填料与70～99份高分子粉体均匀混合，再通过机械研磨制备导热绝缘填料高分子粉体核壳结构，研磨压力：3～30MPa，研磨时间5～60min；
(2)将制备出的导热绝缘填料高分子粉体核壳结构置于模具中通过热压成型，制备具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料，成型压力为5～50MPa，成型温度为100℃～350℃，成型时间10～60min。
进一步地，所述高分子粉体为热塑性高分子粉体，所述高分子粉体粒径为10～2000μm。
更进一步地，所述高分子粉体为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯的一种或几种。
更进一步地，所述高分子粉体为聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲醛、聚苯醚的一种或几种。
更进一步地，所述高分子粉体为聚砜、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮的一种或几种。
进一步地，所述导热绝缘填料为氧化铝、氮化硼、氮化铝、氮化硅和碳化硅中的一种或几种，所述导热绝缘填料的粒径为0.01～100μm。
有益效果：本发明公开的一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料及其制备方法具有以下有益效果：
(1)、通过调控导热绝缘填料与高分子粉体的形貌及大小，通过机械研磨方式制备导热绝缘填料高分子粉体核壳结构，形成三维连续导热网络；再通过热压成型制备具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料，在较低的导热绝缘填料含量下形成连续的导热通路，最大限度提高高分子复合材料的导热性能；
(2)、采用本发明方法制备的具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料还具有优异的力学性能、电绝缘性能和加工成型性能；
(3)、价格昂贵的导热绝缘填料含量较低，大大降低了生产成本，有利于推广应用。
具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式详细说明。
实施例1
一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将1份导热绝缘填料与99份高分子粉体均匀混合，再通过机械研磨制备导热绝缘填料高分子粉体核壳结构，研磨压力：3MPa，研磨时间60min；
(2)将制备出的导热绝缘填料高分子粉体核壳结构置于模具中通过热压成型，制备具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料，成型压力为5MPa，成型温度为80℃，成型时间10min。
进一步地，高分子粉体为热塑性高分子粉体，高分子粉体粒径为10μm。
更进一步地，高分子粉体为聚乙烯。
进一步地，导热绝缘填料为氧化铝粉体，导热绝缘填料的粒径为0.01μm。
实施例2
与实施例1大致相同，区别仅仅在于：
步骤(2)中成型温度为150℃；
高分子粉体为聚丙烯；
导热绝缘填料为氮化硼，导热绝缘填料的粒径为100μm。
实施例3
与实施例1大致相同，区别仅仅在于：
步骤(2)中成型温度为100℃；
高分子粉体为聚氯乙烯；
导热绝缘填料为氮化铝，导热绝缘填料的粒径为20μm。
实施例4
与实施例1大致相同，区别仅仅在于：
步骤(2)中成型温度为200℃
高分子粉体为聚苯乙烯。
导热绝缘填料为碳化硅，导热绝缘填料的粒径为5μm。
实施例5
与实施例1大致相同，区别仅仅在于：
步骤(2)中成型温度为100℃；
高分子粉体为聚氨酯；
导热绝缘填料为氧化铝，导热绝缘填料的粒径为20μm。
实施例6
与实施例1大致相同，区别仅仅在于：
步骤(2)中成型温度为100℃；
高分子粉体为等质量的聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯的混合物。
导热绝缘填料为等质量的氧化铝、氮化硼、氮化铝、氮化硅和碳化硅的混合物，导热绝缘填料的粒径为20μm。
实施例7
一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将30份导热绝缘填料与70份高分子粉体均匀混合，再通过机械研磨制备导热绝缘填料高分子粉体核壳结构，研磨压力：30MPa，研磨时间5min；
(2)将制备出的导热绝缘填料高分子粉体核壳结构置于模具中通过热压成型，制备具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料，成型压力为50MPa，成型温度为100℃，成型时间60min。
进一步地，高分子粉体为热塑性高分子粉体，高分子粉体粒径为2000μm。
更进一步地，高分子粉体为等质量的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲醛、聚苯醚的混合物。
进一步地，导热绝缘填料为等质量的氧化铝和氮化硼的混合物，导热绝缘填料的粒径为20μm。
实施例8
与实施例7大致相同，区别仅仅在于：
步骤(2)中成型温度为120℃；
高分子粉体为聚碳酸酯。
实施例9
与实施例7大致相同，区别仅仅在于：
步骤(2)中成型温度为170℃；
高分子粉体为聚酰胺。
实施例10
与实施例7大致相同，区别仅仅在于：
步骤(2)中成型温度为150℃；
高分子粉体为聚甲基丙烯酸甲酯。
实施例11
与实施例7大致相同，区别仅仅在于：
步骤(2)中成型温度为200℃；
高分子粉体为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
实施例12
与实施例7大致相同，区别仅仅在于：
步骤(2)中成型温度为200℃；
高分子粉体为聚对苯二甲酸丁二醇酯。
实施例13
与实施例7大致相同，区别仅仅在于：
步骤(2)中成型温度为220℃；
高分子粉体为聚甲醛。
实施例14
与实施例7大致相同，区别仅仅在于：
步骤(2)中成型温度为170℃；
高分子粉体为份、等质量的聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲醛、聚苯醚的混合物。
实施例15
与实施例7大致相同，区别仅仅在于：
步骤(2)中成型温度为180℃；
高分子粉体为等质量的聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯的混合物。
实施例16
一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将10份导热绝缘填料与90份高分子粉体均匀混合，再通过机械研磨制备导热绝缘填料高分子粉体核壳结构，研磨压力：10MPa，研磨时间30min；
(2)将制备出的导热绝缘填料高分子粉体核壳结构置于模具中通过热压成型，制备具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料，成型压力为20MPa，成型温度为250℃，成型时间30min。
进一步地，高分子粉体为热塑性高分子粉体，高分子粉体粒径为200μm。
更进一步地，高分子粉体为聚砜。
进一步地，导热绝缘填料为氮化铝，导热绝缘填料的粒径为10μm。
实施例17
与实施例16大致相同，区别仅仅在于：
步骤(2)中成型温度为290℃；
高分子粉体为聚苯硫醚。
实施例18
与实施例16大致相同，区别仅仅在于：
步骤(2)中成型温度为300℃；
高分子粉体为聚酰亚胺。
实施例19
与实施例16大致相同，区别仅仅在于：
步骤(2)中成型温度为350℃；
高分子粉体为聚醚醚酮。
实施例20
与实施例16大致相同，区别仅仅在于：
步骤(2)中成型温度为280℃；
高分子粉体为等质量的聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮的混合物。
上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料，其特征在于，按照质量计，包括70～99％的高分子粉体和1～30％导热绝缘填料。
2.根据权利要求1所述的一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料，其特征在于，所述高分子粉体为热塑性高分子粉体，所述高分子粉体粒径为10～2000μm。
3.根据权利要求1所述的一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料，其特征在于，所述导热绝缘填料为氧化铝、氮化硼、氮化铝、氮化硅和碳化硅中的一种或几种，所述导热绝缘填料的粒径为0.01～100μm。
4.一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将1～30份导热绝缘填料与70～99份高分子粉体均匀混合，再通过机械研磨制备导热绝缘填料高分子粉体核壳结构，研磨压力：3～30MPa，研磨时间5～60min；
(2)将制备出的导热绝缘填料高分子粉体核壳结构置于模具中通过热压成型，制备具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料，成型压力为5～50MPa，成型温度为80℃～350℃，成型时间10～60min。
5.根据权利要求4所述的一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述高分子粉体为热塑性高分子粉体，所述高分子粉体粒径为10～2000μm。
6.根据权利要求5所述的一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述高分子粉体为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯的一种或几种。
7.根据权利要求5所述的一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述高分子粉体为聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲醛、聚苯醚的一种或几种。
8.根据权利要求5所述的一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述高分子粉体为聚砜、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮的一种或几种。
9.根据权利要求4或5所述的一种具有三维隔离结构的导热绝缘高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述导热绝缘填料为氧化铝、氮化硼、氮化铝、氮化硅和碳化硅中的一种或几种，所述导热绝缘填料的粒径为0.01～100μm。
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