CN106280049B - 一种高导热聚苯乙烯树脂基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高导热聚苯乙烯树脂基复合材料，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：氮化硼粉末9‑26份，氮化硼纳米片0.1‑3.5份，胶黏剂2‑8份，聚苯乙烯树脂40‑85份；所述氮化硼和氮化硼纳米片发生协同作用在导热复合材料中构成独立导热网络。本发明还公开了该复合材料的制备方法。本发明制得的复合材料导热性能优异，绝缘性能好，抗冲击性能、韧性佳，稳定性好，耐磨，耐高温，且制备方法简单，成本低。

Description

一种高导热聚苯乙烯树脂基复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及复合材料领域，具体的涉及一种高导热聚苯乙烯树脂基复合材料。
背景技术：
随着微电子集成与组装技术的飞速发展和电力电气绝缘领域对高电压的越来越高的要求以及其他相关领域的飞速发展，电子元器件和逻辑电路的体积成千万倍地缩小，而工作频率急剧增加此时电子设备所产生的热量迅速积累和增加，工作环境温度也向高温方向迅速变化。为保证电子元器件长时间高可靠地正常工作，必须阻止工作温度的不断升高，因此及时散热能力就成为影响其使用寿命的重要因素，迫切需要研制高导热性能的聚合物材料。
高分子材料的应用领域不断拓展，是因为通过对其结构的控制和改性，可获得不同特性的高分子材料。而且高分子绝缘材料独特的结构和易改性、易加工的特点，使其具有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能，从而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个领域，并已成为现代社会生活中衣食住行用各个方面不可缺少的材料。但是一般高分子材料都是热的不良导体，其导热系数一般都低于0.5Wm-1K-1。为满足微电子、电机电器、航天航空、军事装备等诸多制造业及高科技领域的发展需求，制备具有优良综合性能的高导热聚合物绝缘材料正成为该领域的研究热点，受到越来越多国内外研究同行的关注。
增加高分子聚合物导热性能的主要方法就是添加导热填料，如高导热的氧化铝、氮化硼、石墨等，但是采用目前常用的混合方法，填料的添加量较大，需要达到一定程度后，复合材料的导热性能才能得到明显改善，且大量导热填料的加入大大影响了高分子聚合物的机械性能。
发明内容：
本发明的目的是提供一种高导热聚苯乙烯树脂基复合材料，该复合材料稳定性好，导热性能优异，力学性能佳，耐磨、耐高温。
本发明的另一个目的是提供该复合材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高导热聚苯乙烯树脂基复合材料，以重量份计，包括以下组分：
氮化硼粉末9-26份，
氮化硼纳米片0.1-3.5份，
胶黏剂2-8份，
聚苯乙烯树脂40-85份；
所述氮化硼和氮化硼纳米片发生协同作用在导热复合材料中构成独立导热网络。
作为上述技术方案的优选，一种高导热聚苯乙烯树脂基复合材料，以重量份计，包括以下组分：
氮化硼粉末17份，
氮化硼纳米片2份，
胶黏剂7.5份，
聚苯乙烯树脂82份。
作为上述技术方案的优选，所述氮化硼纳米片的厚度为5-10nm，尺寸大小为50-80μm，其是采用通过溶剂剥离法制备。
作为上述技术方案的优选，所述胶黏剂为聚苯乙烯类胶黏剂、醋酸乙酯类胶黏剂中的一种或多种混合。
作为上述技术方案的优选，所述聚苯乙烯树脂的形状为球形或近似球形。
一种高导热聚苯乙烯树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氮化硼纳米片分成3等份分次加入到胶黏剂中，搅拌混合均匀后，然后在400-800W功率下进行超声处理30-50min，得到氮化硼纳米片胶黏剂；
(2)向步骤(1)制得的氮化硼纳米片胶黏剂中加入聚苯乙烯树脂，搅拌均匀，使得混有氮化硼纳米片的胶黏剂均匀的分布在聚苯乙烯树脂表面；
(3)将氮化硼粉末分4等份分次加入到步骤(2)制得的包裹有氮化硼纳米片胶黏剂的聚苯乙烯树脂中，搅拌均匀，然后放在超声装置中，在500-1000W的功率下超声处理1-2h，得到具有核壳结构式的导热球体；
(4)将步骤(3)制得的具有核壳结构式的导热球体在真空干燥箱中60-80℃下干燥15-30h，研磨，得到粉末状高导热聚苯乙烯树脂基复合材料。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)、步骤(3)中，添加氮化硼纳米片或氮化硼时搅拌的条件为：每次加入氮化硼纳米片或氮化硼时，首先将搅拌速度由5rpm调节至20rpm，搅拌2-5min后，再将搅拌速度调至为5rpm，然后搅拌2-5min，反复进行，直至氮化硼纳米片、氮化硼添加完毕。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用氮化硼以及氮化硼纳米片作为导热填料，制得了最外层为氮化硼、中心为聚苯乙烯树脂、中间层为氮化硼纳米片胶黏剂的核壳结构，氮化硼与氮化硼纳米片可以形成独立导热网络，该导热网络的建立使得材料的导热性能远远高于单纯添加氮化硼粉末时的导热性能；且氮化硼、氮化硼纳米片的加入大大提高了材料的耐磨、耐高温性能，其抗冲击性能也得到改善；且该材料中的导热添加量小，制得的材料稳定性好，成本低。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种高导热聚苯乙烯树脂基复合材料，以重量份计，包括以下组分：
氮化硼粉末9份，
氮化硼纳米片0.1份，
胶黏剂2份，
聚苯乙烯树脂40份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将氮化硼纳米片分成3等份分次加入到胶黏剂中，每次加入氮化硼纳米片时，首先将搅拌速度由5rpm调节至20rpm，搅拌2-5min后，再将搅拌速度调至为5rpm，然后搅拌2-5min，反复进行，直至氮化硼纳米片添加完毕，然后在400W功率下进行超声处理50min，得到氮化硼纳米片胶黏剂；
(2)向步骤(1)制得的氮化硼纳米片胶黏剂中加入聚苯乙烯树脂，搅拌均匀，使得混有氮化硼纳米片的胶黏剂均匀的分布在聚苯乙烯树脂表面；
(3)将氮化硼粉末分4等份分次加入到步骤(2)制得的包裹有氮化硼纳米片胶黏剂的聚苯乙烯树脂中，每次加入氮化硼粉末时，首先将搅拌速度由5rpm调节至20rpm，搅拌2-5min后，再将搅拌速度调至为5rpm，然后搅拌2-5min，反复进行，直至氮化硼粉末添加完毕，然后放在超声装置中，在500W的功率下超声处理2h，得到具有核壳结构式的导热球体；
(4)将步骤(3)制得的具有核壳结构式的导热球体在真空干燥箱中60℃下干燥30h，研磨，得到粉末状高导热聚苯乙烯树脂基复合材料。
实施例2
一种高导热聚苯乙烯树脂基复合材料，以重量份计，包括以下组分：
氮化硼粉末26份，
氮化硼纳米片3.5份，
胶黏剂8份，
聚苯乙烯树脂85份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将氮化硼纳米片分成3等份分次加入到胶黏剂中，每次加入氮化硼纳米片时，首先将搅拌速度由5rpm调节至20rpm，搅拌2-5min后，再将搅拌速度调至为5rpm，然后搅拌2-5min，反复进行，直至氮化硼纳米片添加完毕，然后在800W功率下进行超声处理30min，得到氮化硼纳米片胶黏剂；
(2)向步骤(1)制得的氮化硼纳米片胶黏剂中加入聚苯乙烯树脂，搅拌均匀，使得混有氮化硼纳米片的胶黏剂均匀的分布在聚苯乙烯树脂表面；
(3)将氮化硼粉末分4等份分次加入到步骤(2)制得的包裹有氮化硼纳米片胶黏剂的聚苯乙烯树脂中，每次加入氮化硼粉末时，首先将搅拌速度由5rpm调节至20rpm，搅拌2-5min后，再将搅拌速度调至为5rpm，然后搅拌2-5min，反复进行，直至氮化硼粉末添加完毕，然后放在超声装置中，在1000W的功率下超声处理1h，得到具有核壳结构式的导热球体；
(4)将步骤(3)制得的具有核壳结构式的导热球体在真空干燥箱中80℃下干燥15h，研磨，得到粉末状高导热聚苯乙烯树脂基复合材料。
实施例3
一种高导热聚苯乙烯树脂基复合材料，以重量份计，包括以下组分：
氮化硼粉末13份，
氮化硼纳米片0.6份，
胶黏剂4份，
聚苯乙烯树脂50份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将氮化硼纳米片分成3等份分次加入到胶黏剂中，每次加入氮化硼纳米片时，首先将搅拌速度由5rpm调节至20rpm，搅拌2-5min后，再将搅拌速度调至为5rpm，然后搅拌2-5min，反复进行，直至氮化硼纳米片添加完毕，然后在500W功率下进行超声处理45min，得到氮化硼纳米片胶黏剂；
(2)向步骤(1)制得的氮化硼纳米片胶黏剂中加入聚苯乙烯树脂，搅拌均匀，使得混有氮化硼纳米片的胶黏剂均匀的分布在聚苯乙烯树脂表面；
(3)将氮化硼粉末分4等份分次加入到步骤(2)制得的包裹有氮化硼纳米片胶黏剂的聚苯乙烯树脂中，每次加入氮化硼粉末时，首先将搅拌速度由5rpm调节至20rpm，搅拌2-5min后，再将搅拌速度调至为5rpm，然后搅拌2-5min，反复进行，直至氮化硼粉末添加完毕，然后放在超声装置中，在600W的功率下超声处理1.8h，得到具有核壳结构式的导热球体；
(4)将步骤(3)制得的具有核壳结构式的导热球体在真空干燥箱中65℃下干燥28h，研磨，得到粉末状高导热聚苯乙烯树脂基复合材料。
实施例4
一种高导热聚苯乙烯树脂基复合材料，以重量份计，包括以下组分：
氮化硼粉末17份，
氮化硼纳米片1.1份，
胶黏剂5份，
聚苯乙烯树脂60份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将氮化硼纳米片分成3等份分次加入到胶黏剂中，每次加入氮化硼纳米片时，首先将搅拌速度由5rpm调节至20rpm，搅拌2-5min后，再将搅拌速度调至为5rpm，然后搅拌2-5min，反复进行，直至氮化硼纳米片添加完毕，然后在600W功率下进行超声处理40min，得到氮化硼纳米片胶黏剂；
(2)向步骤(1)制得的氮化硼纳米片胶黏剂中加入聚苯乙烯树脂，搅拌均匀，使得混有氮化硼纳米片的胶黏剂均匀的分布在聚苯乙烯树脂表面；
(3)将氮化硼粉末分4等份分次加入到步骤(2)制得的包裹有氮化硼纳米片胶黏剂的聚苯乙烯树脂中，每次加入氮化硼粉末时，首先将搅拌速度由5rpm调节至20rpm，搅拌2-5min后，再将搅拌速度调至为5rpm，然后搅拌2-5min，反复进行，直至氮化硼粉末添加完毕，然后放在超声装置中，在700W的功率下超声处理1.6h，得到具有核壳结构式的导热球体；
(4)将步骤(3)制得的具有核壳结构式的导热球体在真空干燥箱中70℃下干燥25h，研磨，得到粉末状高导热聚苯乙烯树脂基复合材料。
实施例5
一种高导热聚苯乙烯树脂基复合材料，以重量份计，包括以下组分：
氮化硼粉末21份，
氮化硼纳米片2.0份，
胶黏剂6份，
聚苯乙烯树脂70份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将氮化硼纳米片分成3等份分次加入到胶黏剂中，每次加入氮化硼纳米片时，首先将搅拌速度由5rpm调节至20rpm，搅拌2-5min后，再将搅拌速度调至为5rpm，然后搅拌2-5min，反复进行，直至氮化硼纳米片添加完毕，然后在700W功率下进行超声处理35min，得到氮化硼纳米片胶黏剂；
(2)向步骤(1)制得的氮化硼纳米片胶黏剂中加入聚苯乙烯树脂，搅拌均匀，使得混有氮化硼纳米片的胶黏剂均匀的分布在聚苯乙烯树脂表面；
(3)将氮化硼粉末分4等份分次加入到步骤(2)制得的包裹有氮化硼纳米片胶黏剂的聚苯乙烯树脂中，每次加入氮化硼粉末时，首先将搅拌速度由5rpm调节至20rpm，搅拌2-5min后，再将搅拌速度调至为5rpm，然后搅拌2-5min，反复进行，直至氮化硼粉末添加完毕，然后放在超声装置中，在800W的功率下超声处理1.4h，得到具有核壳结构式的导热球体；
(4)将步骤(3)制得的具有核壳结构式的导热球体在真空干燥箱中70℃下干燥20h，研磨，得到粉末状高导热聚苯乙烯树脂基复合材料。
实施例6
一种高导热聚苯乙烯树脂基复合材料，以重量份计，包括以下组分：
氮化硼粉末24份，
氮化硼纳米片2.8份，
胶黏剂7份，
聚苯乙烯树脂80份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将氮化硼纳米片分成3等份分次加入到胶黏剂中，每次加入氮化硼纳米片时，首先将搅拌速度由5rpm调节至20rpm，搅拌2-5min后，再将搅拌速度调至为5rpm，然后搅拌2-5min，反复进行，直至氮化硼纳米片添加完毕，然后在800W功率下进行超声处理50min，得到氮化硼纳米片胶黏剂；
(2)向步骤(1)制得的氮化硼纳米片胶黏剂中加入聚苯乙烯树脂，搅拌均匀，使得混有氮化硼纳米片的胶黏剂均匀的分布在聚苯乙烯树脂表面；
(3)将氮化硼粉末分4等份分次加入到步骤(2)制得的包裹有氮化硼纳米片胶黏剂的聚苯乙烯树脂中，每次加入氮化硼粉末时，首先将搅拌速度由5rpm调节至20rpm，搅拌2-5min后，再将搅拌速度调至为5rpm，然后搅拌2-5min，反复进行，直至氮化硼粉末添加完毕，然后放在超声装置中，在900W的功率下超声处理1.2h，得到具有核壳结构式的导热球体；
(4)将步骤(3)制得的具有核壳结构式的导热球体在真空干燥箱中75℃下干燥18h，研磨，得到粉末状高导热聚苯乙烯树脂基复合材料。

Claims (6)

1.一种高导热聚苯乙烯树脂基复合材料，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：
氮化硼粉末9-26份，
氮化硼纳米片0.1-3.5份，
胶黏剂2-8份，
聚苯乙烯树脂40-85份；
所述氮化硼粉末和氮化硼纳米片发生协同作用在导热复合材料中构成独立导热网络；
其制备方法包括以下步骤：
(1)将氮化硼纳米片分成3等份分次加入到胶黏剂中，搅拌混合均匀后，然后在400-800W功率下进行超声处理30-50min，得到氮化硼纳米片胶黏剂；
(2)向步骤(1)制得的氮化硼纳米片胶黏剂中加入聚苯乙烯树脂，搅拌均匀，使得混有氮化硼纳米片的胶黏剂均匀的分布在聚苯乙烯树脂表面；
(3)将氮化硼粉末分4等份分次加入到步骤(2)制得的包裹有氮化硼纳米片胶黏剂的聚苯乙烯树脂中，搅拌均匀，然后放在超声装置中，在500-1000W的功率下超声处理1-2h，得到具有核壳结构式的导热球体；
(4)将步骤(3)制得的具有核壳结构式的导热球体在真空干燥箱中60-80℃下干燥15-30h，研磨，得到粉末状高导热聚苯乙烯树脂基复合材料。
2.如权利要求1所述的一种高导热聚苯乙烯树脂基复合材料，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：
氮化硼粉末17份，
氮化硼纳米片2份，
胶黏剂7.5份，
聚苯乙烯树脂82份。
3.如权利要求1所述的一种高导热聚苯乙烯树脂基复合材料，其特征在于：所述氮化硼纳米片的厚度为5-10nm，尺寸大小为50-80μm，其通过溶剂剥离法制备。
4.如权利要求1所述的一种高导热聚苯乙烯树脂基复合材料，其特征在于：所述胶黏剂为聚苯乙烯类胶黏剂、醋酸乙酯类胶黏剂中的一种或两种混合。
5.如权利要求1所述的一种高导热聚苯乙烯树脂基复合材料，其特征在于：所述聚苯乙烯树脂的形状为球形或近似球形。
6.如权利要求1所述的一种高导热聚苯乙烯树脂基复合材料，其特征在于：步骤(1)中，添加氮化硼纳米片时搅拌的条件为：每次加入氮化硼纳米片时，首先将搅拌速度由5rpm调节至20rpm，搅拌2-5min后，再将搅拌速度调至为5rpm，然后搅拌2-5min，反复进行，直至氮化硼纳米片添加完毕；
步骤(3)中，添加氮化硼粉末时搅拌的条件为：每次加入氮化硼粉末时，首先将搅拌速度由5rpm调节至20rpm，搅拌2-5min后，再将搅拌速度调至为5rpm，然后搅拌2-5min，反复进行，直至氮化硼粉末添加完毕。
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导热填料的研究与应用;彭超等;《2014年中国工程塑料复合材料技术研讨会论文集》;20150422;165-168

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