CN106977830A - 具有隔离双网络结构的导热聚合物复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于导热聚合物基复合材料及其制备技术领域，特别涉及一种具有独特的隔离双网络结构的聚合物基复合材料及其制备方法。本发明提供一种导热聚合物基复合材料，所述导热聚合物基复合材料的组分包括：热塑性聚合物、导热填料A和导热填料B，所述导热聚合物基复合材料具有隔离双网络结构，所述隔离双网络结构是指：在导热聚合物基复合材料中，导热填料A在热塑性聚合物内形成导热网络1，导热填料B粘附在二元共混颗粒表面形成将导热网络1隔离在二元共混颗粒之间的导热网络2，导热网络1与导热网络2相互连接。所得复合材料构建的隔离双网络的协同结构具有更高的协同效率，从而大幅提高了材料的导热性能。
Description
技术领域：
本发明属于导热聚合物基复合材料及其制备技术领域，特别涉及一种具有独特的隔离双网络结构的聚合物基复合材料及其制备方法。
背景技术：
近年来，随着信息技术的不断发展以及智能手机、笔记本电脑等电子设备的日益普及，人们对其小型化与多功能化的要求也越来越高，因而就必须将更多的电子元件集成到更小的印刷电路板中。随着组装密度的提高，电子设备所产生的热量迅速积累、增加，在使用环境温度下要使电子元器件仍能高可靠性地正常工作，及时散热能力成为影响其使用寿命的重要限制因素，为保障元器件运行的可靠性，就要求电子设备的基板材料、封装材料不但要具备更好的导热性能，还要具备较好的绝缘性、良好的机械性能和加工性能。为了满足这样的要求，电子工业迫切地需要更高导热绝缘的高分子复合材料。
对于绝大多数高分子材料来说，其本身就具有良好的电绝缘性，但是大都属于绝热性材料，通常情况下不能直接应用于导热领域。目前，以聚合物为基体制备导热复合材料的方法主要是向基体中添加具有高热导率的填料，使填料分散于基体中，当含量较高时填料相互连接形成导热网络，从而提高复合材料的热导率。不同于金属材料，聚合物导热是依靠声子传递实现的，声子在复合材料中基体与填料之间的界面上会由于不良的界面接触以及声子在不同介质中传播的频率不同而产生界面热阻，只有在填料的填充量足够大时，填料冲破聚合物基体的包裹相互连接，才能降低界面对热流的阻碍作用。因此，以传统的微米填料填充聚合物通常情况下需要较高的填充量(30％以上的体积分数)才能使复合材料的导热性能会有较明显的提高。但是高填充量不但会导致复合材料的力学性能下降，而且还严重影响复合材料的加工性能，并极大地增加了成本。
因此，如何通过添加更少含量的填料而使导热性能得到较为显著的提升，就成为当前导热聚合物复合材料研究的重点。目前已经报道了几种技术以降低热阻，包括填料的表面改性以增强界面相互作用，通过对填料的选择性定位取向以形成更连续的导热通路等等。而一种较为有效的方法是通过将不同形态或不同种类的填料同时添加到基体中，会因为其结构上及性质上的差异，产生互补的协同效应，使复合材料的导热性能优于单一填料填充的复合材料。因为各个组分的导热填料都能单独提升复合材料的导热性能，而且又由于填料形态的不同，当其互相渗透连接成网络时，会通过填料之间的接触形成连贯的导热网络通路，使声子更好地传递，从而达到1+1>2的效果。但是当构建渗滤的组合网络时，协同作用仅使有限的接触 点或接触线相关联。这些小的接触面积只能在一定程度上降低界面热阻，导致相对有限的协同效率。
此外，在一些电子电气等高集成度和结构复杂的领域，这些领域不仅对复合材料的导热性有高要求，对复合材料的电气绝缘性能同样有很严格的要求，因此制备出绝缘导热复合材料具有十分广阔的运用前景。
发明内容
针对上述缺陷，本发明对现有双网络协同体系进行了改进，首次提供了一种具有隔离双网络结构的聚合物复合材料及其制备方法；在该复合材料的内部，导热填料之间重叠互连使接触面积增加到最大程度，因此，构建的隔离双网络的协同结构具有更高的协同效率，从而大幅提高了材料的导热性能。此外，本发明提供的具有隔离双网络结构的聚合物复合材料的制备方法工艺简单，易于操作，容易实现规模化生产，具有重要的实际意义。
本发明的技术方案：
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种导热聚合物基复合材料，所述导热聚合物基复合材料的组分包括：热塑性聚合物、导热填料A和导热填料B，所述导热聚合物基复合材料具有隔离双网络结构，所述隔离双网络结构是指：在导热聚合物复合材料中，导热填料A在热塑性聚合物内形成导热网络1，导热填料B粘附在二元共混颗粒表面形成将导热网络1隔离在二元共混颗粒之间的导热网络2(即导热填料B粘附在二元共混颗粒表面形成导热网络2，导热网络2将导热网络1隔离在二元共混颗粒之间)，导热网络1与导热网络2相互连接；其中，二元共混颗粒指导热填料A与热塑性聚合物熔融共混得到的具有导热网络1的微米级共混物颗粒。
进一步，上述导热聚合物基复合材料中，导热填料A的用量确保使其在所述热塑性聚合物内形成导热网络1；导热填料B的用量不仅使具有导热网络1的二元共混颗粒表面完全粘附导热填料B，而且能够确保导热填料B在二元共混颗粒表面相互重叠贯通形成导热网络2。
进一步，上述导热聚合物基复合材料中，导热填料A的体积占热塑性聚合物体积的1％～25％，导热填料B占热塑性聚合物与导热填料A体积和的3％～20％。
所述热塑性聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、苯乙烯-乙二烯嵌段共聚物、聚苯硫醚、尼龙6、尼龙66、聚乳酸、聚碳酸酯、聚氨酯或ABS中的至少一种；优选为聚苯乙烯、尼龙6、聚丙烯或聚乳酸。
所述导热填料A和导热填料B选自导热导电材料或导热绝缘填料中的至少一种。
进一步，所述导热导电填料为金属粉末、石墨、炭黑、碳纳米管或石墨烯；所述导热绝缘填料为氮化硼、氮化铝、氧化铝或碳化硅。
进一步，所述导热填料A为碳纳米管、石墨烯或石墨，导热填料B为氮化硼。
优选的，所述导热聚合物基复合材料中，
所述热塑性聚合物为聚苯乙烯，导热填料A为多壁碳纳米管，导热填料B为六方氮化硼；或：
所述热塑性聚合物为尼龙6，导热填料A为石墨烯纳米片，导热填料B为六方氮化硼；或：
所述热塑性聚合物为聚丙烯，导热填料A为膨胀石墨，导热填料B为六方氮化硼；或：
所述热塑性聚合物为聚乳酸，导热填料A为多壁碳纳米管，导热填料B为六方氮化硼。
进一步，上述导热聚合物基复合材料中，所述导热填料B为导热绝缘填料；这时得到的复合材料为导热绝缘聚合物基复合材料，可以被广泛用作电机、电器、微电子领域中的高散热界面材料及封装材料等领域。
本发明要解决的第二个技术问题是提供上述导热聚合物基复合材料的制备方法，所述制备方法为：先将热塑性聚合物与导热填料A制备得到具有导热网络1的二元共混颗粒；再将所得二元共混颗粒的表面完全粘附导热填料B制得三元复合颗粒；最后将三元复合颗粒通过热压成型制得具有隔离双网络结构的导热聚合物基复合材料。
进一步，上述导热聚合物基复合材料的制备方法包括如下步骤：
1)将热塑性聚合物与导热填料A通过熔融共混法使导热填料A均匀分布在热塑性聚合物内形成具有导热网络1的二元共混颗粒，所得二元共混颗粒的粒径控制在10～1250微米；其中，熔融共混是指热塑性聚合物与导热填料A在热塑性聚合物的熔融温度或熔点以上热分解温度以下进行共混；本发明限定二元共混颗粒的粒径在上述范围的原因在于，如果尺寸过小会增加粉碎的难度，而且容易由于填料B的网络带的缺陷造成二元共混颗粒中填料A的贯穿；尺寸过大粘附的效果不明显，而且致使导热网络2的密度降低；
2)使二元共混颗粒表面完全粘附导热填料B，制得具有两种导热填料的三元复合颗粒；
3)将步骤2)所得三元复合颗粒经干燥、热压成型制得具有致密隔离双网络结构的导热聚合物基复合材料。
进一步，步骤2)中，使二元共混颗粒表面完全粘附导热填料B选择下述方法中的一种：
方法一：所述热塑性聚合物和导热填料B之间存在π键时，热塑性聚合物与导热填料B通过π-π相互作用力将导热填料B粘附在二元共混颗粒表面；π－π相互作用是指：两种含有π键的分子在层叠时，当其距离足够近时π键之间会产生一个相互的吸引力；
方法二：热塑性聚合物与导热填料B通过胶黏剂使导热填料B粘附在二元共混颗粒表面：将二元共混颗粒与粘合剂高速搅拌使共混颗粒表面均匀地涂覆上胶黏剂，然后加入导热 填料B通过高速搅拌混合，进而使导热填料B粘附在二元共混颗粒的表面；胶黏剂的用量以使二元共混颗粒涂覆完全即可；其中，高速搅拌指搅拌速率≥20000rad/min。
本发明中，不具π-π相互作用的热塑性聚合物为聚乙烯、聚丙烯、尼龙6、尼龙66、聚乳酸、聚碳酸酯、聚氨酯或ABS等；与填料具π-π相互作用的热塑性聚合物为聚苯乙烯、苯乙烯-乙二烯嵌段共聚物或聚苯硫醚等。
进一步，所述胶黏剂为醋酸乙烯-乙烯共聚乳液、环氧树脂胶黏剂或聚氨酯胶黏剂中的一种。
进一步，步骤3)中通过干燥处理除去胶黏剂中的溶剂或者热塑性聚合物和导热填料A、导热填料B中的水分。
进一步，步骤3)中的热压成型是指：在热塑性聚合物熔融温度以上热分解温度以下压制使三元复合颗粒紧密地连接起来；压力可为10MPa左右。
本发明的有益效果：
1、本发明通过先将一种导热填料均匀分布在聚合物基体内形成导热网络通路，同时起着桥梁的作用将外层相互重叠的另一种导热填料组成的导热网络带连接起来；构造的隔离双网络结构可以大幅提高填料的导热效率，在达到相同导热导电效果下，极大地减少了填料的用量；从而避免了在实际运用中高填充量导致复合材料的力学性能和加工性能的变差，并能节约成本。
2、相比于传统的双网络导热体系，本发明所述的隔离双网络结构通过填料之间的重叠作用极大地增加了填料与填料之间的接触面积，具备更高的协同效率，从而使得导热效果更佳；而且该方法制备方式简单，工艺流程短，采用现有的设备就可以实现生产，非常利于推广运用。
3、本发明当选用导热填料B为绝缘导热填料时，其组成的隔离网络就可以阻隔填料A的导电通路，使得复合材料表现为绝缘导热的性能，即本发明可以选定绝缘导热填料将导热导电填料隔离在相互独立的空间，在不影响其导热性能的情况下使复合材料达到绝缘的效果，即可以根据实际需求通过调整对填料B的选用，从而调控复合材料的导电性能。
附图说明
图1为实施例1中纯PS(a，b)，PS@7.5h-BN(c，d)和PS@10h-BN(e，f)微米级粉末的SEM图像；下图为上图的局部放大。
图2(a,b,c,d)为实施例1中制备的PS/MWCNT@h-BN(h-BN：六方氮化硼，h是指所用氮化硼的晶型为六方晶型)复合材料的冷冻界面扫描电镜图像，从左到右是依次放大的图像；图2(e，f)是PS/MWCNT@h-BN复合材料横截面的EDS映射图像：N(黄色)，B (绿色)。
图3是实施例中使用的纯PS和实施例1、实施例6-9所得PS/MWCNT@10h-BN复合材料，以及实施例10和实施例11所得复合材料的流变曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种具有独特的隔离双网络协同结构的聚合物复合材料及其制备方法和用途，其特点是先将导热填料A均匀分散在聚合物基体中形成连续的填料网络并将该混合物粉碎成微米尺寸的颗粒；其次，通过某种相互作用(π-π作用或胶黏剂)直接将另一种导热填料B涂覆在颗粒表面，然后通过压塑制得导热性能优越的导热聚合物复合材料。在所得导热聚合物复合材料的内部，导热填料B之间重叠互连使接触面积增加到最大程度，并且嵌入的导热填料A网络不仅单独形成致密的导热网络，而且能够起到桥梁的作用将导热填料B的网络连接起来。因此，构建的隔离双网络的协同结构具有更高的协同效率，极大地提高了导热通路和降低界面热阻，从而大幅提高了材料的导热性能。此外，由于导热填料B组成的网络带是将导热填料A隔离在单独的基元间，也可以选择绝缘导热填料作为填料B来阻隔填料A的导电通路，来调控其导电性能；因此本发明业提供了一种可以调控导电性能的高导热聚合物复合材料的制备方法。
本发明中，导热填料A的用量要高于该种导热填料与热塑性聚合物组成的体系的逾渗值，使其在热塑性聚合物中均匀分布后能形成网络结构的导热通路，具体用量根据导热填料A的种类与所选热塑性聚合物的种类而定，同时又不能由于填料添加量过多而降低了网络的协同效率以及较大牺牲了复合材料的力学性能和加工性能，一般占基体体积分数的1％-25％；导热填料B的用量为完全包覆二元共混颗粒表面，形成一层将导热填料A与热塑性聚合物组成的基元隔离的导热带，并且能够相互重叠贯通形成导热网络通路，一般用量占基体体积分数的4％-20％。
本发明中，根据热塑性聚合物与导热填料B的选择决定需不需要使用粘合剂，当热塑性聚合物与导热填料B之间存在某种相互作用力可以使得填料B粘附在二元共混颗粒表面时则不需要添加胶黏剂；如果不存在这种相互作用则需要引入胶黏剂将导热填料A包覆在热塑性聚合物表面。
本发明中，导热填料A优选为长度1.5μm，直径9.5nm的多壁碳纳米管；多壁碳纳米管尺寸较小，利于在基体中均匀分散并组建网络通路，同时也可更有效地起到桥梁效率将填料B连接起来。本发明中，导热填料B优选为粒径为2-3μm尺度的六方氮化硼；氮化硼陶瓷类填料，具良好的导热性同时又具有绝缘性，同时是片状结构，便于相互重叠增大搭接面积，提供连接效率。本发明中，优选的粘合剂为VAE707，该种粘合剂黏度大，粘结效果好，同时固含量高，且溶剂为水，便于后续对其溶剂的去处。
本发明的复合材料中，导热填料B不会混入热塑性聚合物颗粒里面，形成的导热网络2的连续性非常好，导热填料B之间相互重叠接触极大地降低了热阻，而导热网络1致密性非常好，进一步提升导热填料B所形成的疏松的网络密度，从而使得最终所得导热聚合物基复合材料内部的导热网络既连续而且致密。
本发明提供的导热复合材料的制备方法可采用下述方式实施，该方法的工艺步骤为：
1)将已经干燥好的热塑性聚合物基体材料与填料A充分预混后，在热塑性聚合物基体熔融温度(或熔点)以上进行熔融共混，然后将共混后的混合物粉碎，筛分出一定规格微米尺寸的颗粒，即为具有填料A导热网络的二元复合颗粒；
2)将上述的二元颗粒与一定量的粘合剂放在一起高速搅拌一定时长，使颗粒表面被均匀地涂覆上一层胶黏剂；然后加入填料B通过高速搅拌混合，从而使填料B粘附在二元颗粒表面，即可制得具有俩种填料的三元复合颗粒；或者，
根据聚合物基体与填料的性质，也可以通过π－π相互作用力将填料B粘附在二元颗粒表面，而不需要使用粘合剂；
3)将含有两种填料的三元颗粒通过干燥除去粘合剂中的溶剂或者基体和填料上的水分，然后进行模压成型：在聚合物基体熔融温度附近通过压制使单个的三元颗粒紧密地连接起来，从而制备出具有致密的隔离双网络结构的导热聚合物复合材料。
下面通过实施例对本发明做进一步说明，有必要指出的是，以下实例仅用来说明本发明，不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
将100份体积份数的聚苯乙烯(PS)粒料与1.12份体积份数平均长度为1.5μm、外径为9.5nm的多壁碳纳米管充分预混，再放入密炼机，在190℃、60rpm的条件下混合20min；然后再将与碳纳米管混合好的聚苯乙烯进行粉碎，筛选出10-355μm尺寸的微粒。
将筛选出的颗粒与粒径为2-3μm的六方氮化硼以体积比为90：10的比例预混后放入高速搅拌器中在20000rad/min的转速下再混合2min，然后经过干燥后将该复合颗粒在190℃下压板成型，得到具有隔离双网络结构的导热复合材料。本发明各实施例和对比例的原料用量如表1所示。
所得导热复合材料进行了力学性能(测试标准为GB/T 1040-1992)和热导率性能(测试标准为GB/T 3399-1982)的测试，结果见表2。本发明还对所得导热复合材料的冷冻断面进行了扫描电镜观察(见图1和图2)和流变性能测试(流变性能参照GB/T3682-2000见附图分析中图3)。
另外，本发明还对该实施例中使用的PS(纯PS)、以及PS@7.5h-BN(即将PS与BN密炼共混得到的复合材料，BN在复合材料中的体积分数为7.5％)和PS@10h-BN微米级粉末进行SEM测试，SEM图如图1所示。
根据图1b，图1d和图1f所示，由于小尺寸的h-BN片牢固地固定在PS的表面上，PS@h-BN复合材料的表面比纯PS的表面更粗糙，这表明由于PS和h-BN之间的强相互作用，PS上的h-BN涂层在机械搅拌过程中通过π-π自组装成功地涂覆到PS颗粒的表面；当BN的添加量不足时，见图1(c,d)7.5vol％的添加量，PS颗粒表面仅包覆有少量BN，当BN添加量进一步增加时，见图1(e,f)10vol％的含量下，此时颗粒表面才被h-BN完全包封；因此，为了在PS复合材料中制造连续的h-BN网络，防止局部MWCNT网络相互接触，实施例1中添加了约10vol％(10vol％是h-BN占复合材料整体的体积分数)含量的h-BN。
由图2c中可以看出：由于PS和MWCNT之间的良好相互作用以及有效的机械混合效应，在PS基体中实现了MWCNT的均匀分布；根据图2(a)和(b)，可以发现在PS/MWCNT相之外形成了连续的h-BN网络；从图2d中可以观察到涂覆的h-BN导致完全封闭的PS/MWCNT相的形成，阻碍了MWCNT网络之间的直接连接；图2(e)和图2(f)图像也证实了类似的连续h-BN网络和被h-BN网络包围的PS/MWCNT相。综合上述观察可以得出结论：我们通过简单的方法成功制备出分离的h-BN网络阻碍了密集的MWCNT网络之间的直接连接的隔离双网络。
表1实施例1-5及对比例1-5中各原料体积份数
表2实施例1-5及对比例1-5所得复合材料的性能测试结果
对比例1
将100份体积份数的聚苯乙烯(PS)粒料与1.12份体积份数平均长度为1.5μm、外径为9.5nm的多壁碳纳米管以及11.24份体积份数的粒径为2-3μm的六方氮化硼充分预混，再放入密炼机，在190℃、60rpm的条件下混合20min，干燥后在190℃下压板成型，得到不含隔离双网络结构的复合材料。对所得复合材料进行了电导率和热导率性能以及力学性能的测试，结果见表2。
实施例2
配方：基体树脂(尼龙6)、起桥梁作用并单独形成导热网络的填料A(石墨烯纳米片)、起隔离效果并组成隔离网络结构的导热填料B(六方氮化硼)、胶黏剂(VAE707乳液)。
制备方法：
1)将尼龙6(PA-6)粒料，与片状尺寸为3-5μm的石墨烯纳米片按照体积分数比为100：5的比例充分预混后放入密炼机，在245℃，60rpm的条件下混合20min；然后再将与石墨烯混合好的尼龙6进行粉碎，筛选出75-1250μm尺寸的微粒；
2)将100份质量份数的上述微粒放入高速搅拌器中，加入16.7份质量份数的VAE707乳胶液，在20000rad/min的转速下混合1min，然后按照体积比为100：19.16(二元颗粒：六方氮化硼)的比例加入粒径为2-3μm的六方氮化硼，再继续在20000rad/min的转速下混合2min，得到三元复合颗粒；
3)将上述的三元复合颗粒干燥后在245℃下压板制成样品后，对样品进行导热性能和导电性能以及力学性能的测试，结果见表2。
对比例2
将100份体积份数的尼龙6(PA6)粒料与3.26份体积份数片状尺寸为3-5μm的石墨烯以及20.12份体积份数的粒径为2-3μm的六方氮化硼充分预混，再放入密炼机，在245℃、60rpm的条件下混合20min，然后在245℃下压板成型，得到不含隔离双网络结构的复合材料。并对复合材料进行了电导率和热导率性能以及力学性能的测试，结果见表2。
实施例3
将聚丙烯(PP)粒料，与在600℃高温中膨胀1min的EG按照体积分数比为100：25的比例充分预混后放入密炼机，在190℃，60rpm的条件下混合20min；然后再其进行粉碎，筛选出75-355μm尺寸的微粒；将100份质量份数的上述微粒放入高速搅拌器中，加入16.7份质量份数的VAE707乳胶液，在20000rad/min的转速下混合1min，然后按照体积比为100：16(二元颗粒：六方氮化硼)的比例加入粒径为2-3μm的六方氮化硼，再继续在20000rad/min的转速下混合2min，得到三元复合颗粒。将上述的三元复合颗粒干燥后在190℃下压板制成样品后，对样品进行导热性能和导电性能的测试，结果见表2。
对比例3
将100份体积份数的聚丙烯(PP)粒料与25份体积份数的膨胀石墨以及20份体积份数的粒径为2-3μm的六方氮化硼充分预混，再放入密炼机，在190℃、60rpm的条件下混合20min，然后在190℃下压板成型，得到不含隔离双网络结构的复合材料。并对复合材料进行了电导率和热导率性能以及力学性能的测试，结果见表2。
实施例4
将100份体积份数的聚苯乙烯(PS，PG-383M)粒料与5.46份体积份数长度为1.5μm，直径为9.5nm的多壁碳纳米管(MWCNT，NC7000)充分预混，再放入密炼机，在190℃、60rpm的条件下混合20min；然后再将与碳纳米管混合好的聚苯乙烯进行粉碎，筛选出10-355μm尺寸的微粒；将筛选出的颗粒与片状尺寸为3-5μm的石墨烯纳米片按照体积份数比为100：3.83的比例预混后放入高速搅拌器中在20000rad/min的转速下再混合2min，然后将该复合颗粒经过干燥后在190℃下压板成型，得到具有隔离双网络结构的导热复合材料。此外，还对该复合材料进行了力学性能和热导率性能的测试，结果见表2。
对比例4
将100份体积份数的聚苯乙烯(PS)粒料与5.46份体积份数长度为1.5μm，直径为9.5nm的多壁碳纳米管(MWCNT，NC7000)以及4.05份体积份数的片状尺寸为3-5μm的石墨烯纳 米片充分预混，再放入密炼机，在190℃、60rpm的条件下混合20min，然后在190℃下压板成型，得到不含隔离双网络结构的复合材料。并对复合材料进行了电导率和热导率性能以及力学性能的测试，结果见表2。
实施例5
将100份体积份数的聚乳酸(PLA)粒料，与5份体积份数长度为1.5μm，直径为9.5nm的多壁碳纳米管(MWCNT，NC7000)充分预混，再放入密炼机，在190℃、60rpm的条件下混合20min；然后再将与碳纳米管混合好的聚苯乙烯进行粉碎，筛选出75-355μm尺寸的微粒；将100份质量份数的上述微粒放入高速搅拌器中，加入16.7份质量份数的VAE707乳胶液，在20000rad/min的转速下混合1min，然后按照体积比为100：19(二元颗粒：六方氮化硼)的比例加入粒径为2-3μm的六方氮化硼，再继续在20000rad/min的转速下混合2min，得到三元复合颗粒；将上述的三元复合颗粒经过干燥后在190℃下压板制成样品后，对样品进行导热性能和导电性能的测试，结果见表2。
对比例5
将100份体积份数的聚乳酸(PLA)粒料与5份体积份数长度为1.5μm，直径为9.5nm的多壁碳纳米管(MWCNT，NC7000)以及20份体积份数粒径为2-3μm的六方氮化硼充分预混，再放入密炼机，在190℃、60rpm的条件下混合20min，然后在190℃下压板成型，得到不含隔离双网络结构的复合材料。并对复合材料进行了电导率和热导率性能以及力学性能的测试，结果见表2。
实施例6-实施例11
具体制备方法同实施例1，只是其中的MWCNT含量有所变化，分别为0.4体积份数(实施例6)、0.6体积份数(实施例7)、0.8体积份数(实施例8)、1.2体积份数(实施例9)；对所得复合材料进行流变测试，测试结果如图3可知；另外，还测试了PS/1％MWCNT(实施例10，即较实施例1相比只添加了导热填料A)和PS@10％h-BN(实施例11，即较实施例相比只添加了导热填料B)的流变测试，测试结果如图3所示。
由图3可知，当MWCNT含量达到1％分数时，形成了明显的平台，表明在该含量下形成了分离的双网络；一方面，在这一点上的双网络，连续的h-BN网络被排除在PS相之外，它可以相互重叠互连，大大降低了热阻。另一方面，位于h-BN网络内的密集MWCNT网络显著提高了导热通路的密度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.导热聚合物基复合材料，其特征在于，所述导热聚合物基复合材料的组分包括：热塑性聚合物、导热填料A和导热填料B，所述导热聚合物基复合材料具有隔离双网络结构，所述隔离双网络结构是指：在导热聚合物基复合材料中，导热填料A在热塑性聚合物内形成导热网络1，导热填料B粘附在二元共混颗粒表面形成将导热网络1隔离在二元共混颗粒之间的导热网络2，导热网络1与导热网络2相互连接；其中，二元共混颗粒指导热填料A与热塑性聚合物熔融共混得到的具有导热网络1的微米级共混物颗粒。
2.根据权利要求1所述的导热聚合物基复合材料，其特征在于，所述导热聚合物基复合材料中，导热填料A的用量确保使其在所述热塑性聚合物内形成导热网络1；导热填料B的用量不仅使具有导热网络1的二元共混颗粒表面完全粘附导热填料B，而且能够确保导热填料B在二元共混颗粒表面相互重叠贯通形成导热网络2。
3.根据权利要求2所述的导热聚合物基复合材料，其特征在于，所述导热聚合物基复合材料中，导热填料A的体积占热塑性聚合物体积的1％～25％，导热填料B占热塑性聚合物与导热填料A体积和的3％～20％。
4.根据权利要求1～3任一项所述的导热聚合物基复合材料，其特征在于，所述热塑性聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、苯乙烯-乙二烯嵌段共聚物、聚苯硫醚、尼龙6、尼龙66、聚乳酸、聚碳酸酯、聚氨酯或ABS中的至少一种；所述导热填料A和导热填料B选自导热导电材料或导热绝缘填料中的至少一种；
进一步，所述热塑性聚合物选自聚苯乙烯、尼龙6、聚丙烯或聚乳酸；所述导热导电填料为金属粉末、石墨、炭黑、碳纳米管或石墨烯；所述导热绝缘填料为氮化硼、氮化铝、氧化铝或碳化硅；
优选的，所述导热填料A为碳纳米管、石墨烯或石墨，导热填料B为氮化硼。
5.根据权利要求4所述的导热聚合物基复合材料，其特征在于，所述导热聚合物基复合材料中，
所述热塑性聚合物为聚苯乙烯，导热填料A为多壁碳纳米管，导热填料B为六方氮化硼；或：
所述热塑性聚合物为尼龙6，导热填料A为石墨烯纳米片，导热填料B为六方氮化硼；或：
所述热塑性聚合物为聚丙烯，导热填料A为膨胀石墨，导热填料B为六方氮化硼；或：
所述热塑性聚合物为聚乳酸，导热填料A为多壁碳纳米管，导热填料B为六方氮化硼。
6.根据权利要求1～5任一项所述的导热聚合物基复合材料，其特征在于，当所述导热填料B为导热绝缘填料时，所述导热聚合物基复合材料为导热绝缘聚合物基复合材料。
7.权利要求1～6任一项所述导热聚合物基复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：先将热塑性聚合物与导热填料A制备得到具有导热网络1的二元共混颗粒；再将所得二元共混颗粒的表面完全粘附导热填料B制得三元复合颗粒；最后将三元复合颗粒通过热压成型制得具有隔离双网络结构的导热聚合物基复合材料。
8.根据权利要求7所述导热聚合物基复合材料的制备方法，其特征在于，所述导热聚合物基复合材料的制备方法包括如下步骤：
1)将热塑性聚合物与导热填料A通过熔融共混法使导热填料A均匀分布在热塑性聚合物内形成具有导热网络1的二元共混颗粒，所得二元共混颗粒的粒径控制在10～1250微米；其中，熔融共混是指热塑性聚合物与导热填料A在热塑性聚合物的熔融温度或熔点以上热分解温度以下进行共混；
2)使二元共混颗粒表面完全粘附导热填料B，制得具有两种导热填料的三元复合颗粒；
3)将步骤2)所得三元复合颗粒经干燥、热压成型制得具有致密隔离双网络结构的导热聚合物基复合材料。
9.根据权利要求8所述导热聚合物基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，使二元共混颗粒表面完全粘附导热填料B选择下述方法中的一种：
方法一：所述热塑性聚合物和导热填料B之间存在π键时，热塑性聚合物与导热填料B通过π-π相互作用力将导热填料B粘附在二元共混颗粒表面；
方法二：热塑性聚合物与导热填料B通过胶黏剂使导热填料B粘附在二元共混颗粒表面：将二元共混颗粒与粘合剂高速搅拌使共混颗粒表面均匀地涂覆上胶黏剂，然后加入导热填料B通过高速搅拌混合，进而使导热填料B粘附在二元共混颗粒的表面；胶黏剂的用量以使二元共混颗粒涂覆完全即可；其中，高速搅拌指搅拌速率≥20000rad/min。
10.根据权利要求9所述导热聚合物基复合材料的制备方法，其特征在于，所述胶黏剂为醋酸乙烯-乙烯共聚乳液、环氧树脂胶黏剂或聚氨酯胶黏剂中的一种。
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