CN105669950A - 一种高导热液晶环氧复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高导热液晶环氧复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高导热液晶环氧复合材料及其制备方法，按质量份数，所述高导热液晶环氧复合材料原料组份包括：环氧树脂100份，固化剂30-100份，稀释剂10-30份，促进剂0-0.5份，液晶环氧接枝改性的纳米颗粒10-100份。制备：将环氧树脂溶于稀释剂丙酮中，然后依次加入液晶环氧接枝改性的纳米颗粒、固化剂，然后超声分散后进行脱泡，固化，脱模，即得。本发明制备工艺简单，操作过程容易掌控，加工成本低廉，复合材料具有较高的导热性。

Description

一种高导热液晶环氧复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于导热复合材料及其制备领域，特别涉及一种高导热液晶环氧复合材料及其制备方法。
背景技术
高分子导热复合材料一起优异的综合性能(如质轻、力学性能优异、易工艺化、耐化学腐蚀优良性能)而被广泛应用于航空航天、汽车、电子等领域。现阶段高分子导热材料导热聚合物材料按制备工艺可以大致分为本征型导热聚合物材料和填充型导热聚合物材料。
但是目前想制备这种本征型导热高分子材料还比较困难，其工艺过程复杂，难度大，且代价高昂。相对于本征型导热聚合物材料，填充型导热聚合物材料其加工工艺简单，操作过程容易掌控，加工成本低廉，经适当工艺处理可用于某些特殊领域，可进行工业化生产。但是本征导热与填料填充导热均存在着一定的问题，从而导致高分子复合材料的导热系数低，主要原因在于聚合物的本征导热系数低、无机高导热粉体在聚合物中分散困难及界面相容性差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高导热液晶环氧复合材料及其制备方法，本发明制备工艺简单，操作过程容易掌控，加工成本低廉，克服了现有技术中存在的工艺复杂、难度大、代价高等缺陷。
本发明的一种高导热液晶环氧复合材料，按质量份数，所述高导热液晶环氧复合材料原料组份包括：环氧树脂100份，固化剂30-100份，稀释剂10-30份，促进剂0-0.5份，液晶环氧接枝改性的纳米颗粒10-100份。
所述环氧树脂为缩水甘油基型环氧树脂、环氧化烯烃类环氧树脂、杂环型和混合型环氧树脂中的一种或几种；
稀释剂用来降低系统粘度，以便于高导热纳米颗粒能够很好地分散在环氧树脂基体中，活性稀释剂和非活性稀释剂均可，本发明中使用的是非活性稀释剂为丙酮。
促进剂为三乙胺TEA季铵盐、N,N-二甲基苄胺中的一种或几种，加入促进剂是为了提高酸酐类固化体系的反应速率。
所述缩水甘油基型环氧树脂为双酚A型的环氧树脂E-51、FarBondLY1564、TDE-85中的一种或几种；环氧化烯烃类环氧树脂为环氧树脂D-17；杂环型和混合型环氧树脂为三聚氰酸三缩水甘油环氧树脂。
固化剂为与环氧树脂相配套的体系，所述固化剂为酸酐类固化剂和/或多元胺类固化剂。
选取酸酐类作为固化剂是为了提高固化速率，降低固化温度，有时需加入一定量的促进剂，如三乙胺(TEA)季铵盐、N,N-二甲基苄胺等，份数为0-0.5份。
所述酸酐类固化剂为邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐、甲基四氢苯酐中的一种或几种；多元胺类固化剂为胺类的FarBondLY3486。
液晶环氧接枝改性的纳米颗粒为：通过表面修饰与接枝改性等技术手段，将液晶环氧基元接枝到纳米颗粒表面(技术路线见图1)，以提高纳米颗粒的分散性以及纳米颗粒与环氧基体的相容性；具体为：对纳米颗粒表面依次进行羟基化、氨基化和酰氯化反应，然后再依次接枝联苯型液晶基元、环氧基团，得到液晶环氧接枝改性的纳米颗粒。
液晶环氧基元接枝到纳米颗粒表面的具体过程包括如下步骤(图1)：
(1)纳米颗粒的表面羟基化：将纳米颗粒分散于双氧水中，在100℃下回流处理10小时，得到表面羟基化的纳米颗粒；
(2).纳米颗粒的表面氨基化：将羟基化的纳米颗粒与氨基硅烷偶联剂(如KH-550)反应，得到氨基化的纳米颗粒；
(3).纳米颗粒表面酰氯化反应：将步骤(2)得到的氨基化的纳米颗粒与对氯苯甲酰氯反应，在纳米颗粒表面引入苯基氯；
(4).纳米颗粒表面接枝联苯型液晶基元：将步骤(3)得到的接枝有苯基氯的纳米颗粒与联苯二酚，氢氧化钠在氮气保护下反应，得到表面接枝联苯型液晶基元的纳米颗粒；
(5).纳米颗粒表面接枝环氧基团：将步骤(4)得到的表面接枝联苯型液晶基元的纳米颗粒，在氢氧化钠和催化剂的作用下，与环氧氯丙烷反应，得到液晶环氧接枝改性的纳米颗粒。
液晶环氧接枝改性的纳米颗粒，其中纳米颗粒为纳米氧化铝、纳米氮化铝、纳米氮化硼，纳米颗粒的颗粒大小在10-100nm。
本发明的一种高导热液晶环氧复合材料的制备方法，包括：将环氧树脂溶于稀释剂中，然后依次加入液晶环氧接枝改性的纳米颗粒、固化剂，然后超声分散后进行脱泡，固化，脱模，即得高导热液晶环氧复合材料。
所述脱泡时间为5-10min；固化制度随着环氧体系的不同而不同。
脱泡，固化为：高速旋转脱泡机中行脱泡脱除有机溶剂的混合物，倒入钢制模具中按照固化制度进行固化。
制备过程中还加入促进剂。
本发明采用本征型和填充型两种制备工艺相结合的方法，提出以以液晶环氧接枝改性的纳米颗粒为导热填料，通过刚棒液晶基元对纳米颗粒之间、纳米颗粒与环氧基体之间的连接起到搭桥作用，形成连续高效的导热通路，制备出高导热电绝缘高分子复合材料的新思路。
本发明通过采用表面接枝液晶环氧基团的方法，在高导热纳米颗粒表面接枝上一层具有液晶结构的环氧接枝物，该环氧接枝物可以改善纳米颗粒在环氧基体中的分散性和相容性，并且环氧基团可以与环氧树脂基体一起固化，从而达到改善填料颗粒在基体树脂中的分散性以及界面结合性的目的，同时具有液晶结构的环氧接枝物可以提高材料的导热系数，满足高导热环氧复合材料应用领域的需求。
有益效果
(1)本发明制备工艺简单，操作过程容易掌控，加工成本低廉，克服了现有技术中存在的工艺复杂、难度大、代价高等缺陷；
(2)本发明制备的高导热液晶环氧复合材料具有较高的导热性，导热系数高达0.43-0.63W/(m·K)，满足高导热环氧复合材料应用领域的需求。
附图说明
图1为液晶环氧接枝改性纳米颗粒的技术路线。
具体实施方式：
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
制备方法：
取双酚A型环氧树脂E5150g溶于10g丙酮中，然后依次加入液晶环氧接枝改性的氧化铝颗粒50g、促进剂N,N-二甲基苄胺0.25g、固化剂甲基四氢苯酐25g，得混合液超声分散后在高速旋转脱泡机中混合脱泡10min，脱除有机溶剂丙酮的混合物倒入钢制模具中按照固化制度进行固化，固化制度为80℃保温1h后升温至120℃保温2h，然后再升温至140℃保温4h，脱模，得到高导热液晶环氧复合材料，复合材料的导热系数为0.43W/(m·K)。
实施例2
制备方法：
取双酚A型环氧树脂FarBondLY156450g溶入10g溶于丙酮中，液晶环氧接枝改性的氮化铝颗粒25g，固化剂FarBondLY348617g，混合液超声分散后在高速旋转脱泡机中混合脱泡10min，脱除有机溶剂的混合物倒入钢制模具中按照固化制度进行固化，固化制度为100℃，保温1h，脱模，得到高导热液晶环氧复合材料。复合材料的导热系数为0.63W/(m·K)。FarBondLY3486为huntsman公司产品。添加的导热颗粒不同，一个是氧化铝30W/mK，一个是氮化铝，氮化铝的导热系数高320W/mK，所以制备的复合材料导热系数高。

Claims (10)

1.一种高导热液晶环氧复合材料，其特征在于：按质量份数，所述高导热液晶环氧复合材料原料组份包括：环氧树脂100份，固化剂30-100份，稀释剂10-30份，促进剂0-0.5份，液晶环氧接枝改性的纳米颗粒10-100份。
2.根据权利要求1所述的一种高导热液晶环氧复合材料，其特征在于：所述环氧树脂为缩水甘油基型环氧树脂、环氧化烯烃类环氧树脂、杂环型和混合型环氧树脂中的一种或几种；稀释剂为丙酮；促进剂为三乙胺TEA季铵盐、N,N-二甲基苄胺中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的一种高导热液晶环氧复合材料，其特征在于：所述缩水甘油基型环氧树脂为双酚A型的环氧树脂E-51、FarBondLY1564、TDE-85中的一种或几种；环氧化烯烃类环氧树脂为环氧树脂D-17；杂环型和混合型环氧树脂为三聚氰酸三缩水甘油环氧树脂。
4.根据权利要求1所述的一种高导热液晶环氧复合材料，其特征在于：所述固化剂为酸酐类固化剂和/或多元胺类固化剂。
5.根据权利要求4所述的一种高导热液晶环氧复合材料，其特征在于：所述酸酐类固化剂为邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐、甲基四氢苯酐中的一种或几种；多元胺类固化剂为胺类的3486。
6.根据权利要求1所述的一种高导热液晶环氧复合材料，其特征在于：液晶环氧接枝改性的纳米颗粒为：将液晶环氧基元接枝到纳米颗粒表面，具体为：对纳米颗粒表面依次进行羟基化、氨基化和酰氯化反应，然后再依次接枝联苯型液晶基元、环氧基团，得到液晶环氧接枝改性的纳米颗粒。
7.根据权利要求1所述的一种高导热液晶环氧复合材料，其特征在于：液晶环氧接枝改性的纳米颗粒，其中纳米颗粒为纳米氧化铝、纳米氮化铝、纳米氮化硼。
8.一种如权利要求1-7任意所述的高导热液晶环氧复合材料的制备方法，包括：将环氧树脂溶于稀释剂丙酮中，然后依次加入液晶环氧接枝改性的纳米颗粒、固化剂，然后超声分散后进行脱泡，固化，脱模，即得高导热液晶环氧复合材料。
9.根据权利要求8所述的一种高导热液晶环氧复合材料的制备方法，其特征在于：脱泡时间为5-10min。
10.根据权利要求8所述的一种高导热液晶环氧复合材料的制备方法，其特征在于：制备过程中还加入促进剂。
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