CN108641297A - 一种低导热系数环氧树脂复合材料制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高分子材料成型加工领域，具体公开了一种低导热系数环氧树脂复合材料制备方法，包括，通过热压成型的对环氧树脂进行压制成型，其特征在于，复合材料中包括铜粉，且满足如下关系：Vf＝(a*ρ*c‑Em)/(Ef‑Em)其中，Vf为铜粉的体积分数，a为复合材料的热扩散系数，单位为m²/s，ρ为复合材料的密度，单位为kg/m³，c为定压比热容，单位为J(Kg*K),Ef、Em为铜粉、环氧树脂的导热系数，单位为：W/(m·K)，其中，Vf<3％。本发明通过确定铜粉添加量，使得材料在不大幅提高导热性能的前提下，克服了局部受热不均的问题，消除了低导热系数环氧树脂复合材料成型工艺中热应力。

Description

一种低导热系数环氧树脂复合材料制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料成型加工领域，具体涉及一种低导热系数环氧树脂复合材料制备方法。

背景技术

环氧树脂一种常规的工业用树脂，其大规模应用于多个领域，环氧树脂通常为热固性树脂，固化后不被溶解,也不被熔融,只能一次热成型。最常规的环氧树脂通常采用热压成型，这种成型方法属于外部热辐射成型工艺,即通过压机对模具进行加热，通过外部热源将热量提供到环氧树脂中，使得环氧树脂熔融并在压力下成型，但这种成型方式的缺陷显而易见，极容易造成环氧树脂制品局部受热不均匀的现象,且在制作加大体积的构件时，由于传热需要时间，导致外部环氧树脂已经固化的情况下，中间的部分环氧树脂甚至还未融化，导致最终得到的成品内部存在极大的应力缺陷，现有技术中，通过在环氧树脂中加入导热性材料比如铜粉和石墨等来提高材料整体导热性能已有报道，但对很多应用领域来说，高导热性常常导致很多问题，低导热性的环氧树脂常常是首选，为此，根据低导热环氧树脂的成型要求，设计一种不影响材料整体导热性能，又能避免成型过程中热应力缺陷的低导热系数环氧树脂复合材料制备方法显得尤为重要。

发明内容

为了解决现有的环氧树脂热压成型工艺中局部受热不均的问题，本发明提供一种低导热系数环氧树脂复合材料制备方法。

为了达到上述技术效果，本发明采用的技术方案是：

一种低导热系数环氧树脂复合材料制备方法，包括，通过热压成型的对环氧树脂进行压制成型，其特征在于，复合材料中包括铜粉，且满足如下关系：

Vf＝(a*ρ*c-Em)/(Ef-Em)

其中，Vf为铜粉的体积分数，a为复合材料的热扩散系数，单位为m²/s，ρ为复合材料的密度，单位为kg/m³，c为定压比热容，单位为J(Kg*K),Ef、Em为铜粉、环氧树脂的导热系数，单位为：W/(m·K)，

其中，Vf<3％。

进一步地，所述铜粉为超细铜粉。

进一步地，所述铜粉的目数大于1500目。

进一步地，所述铜粉为铜粉合金。

进一步地，所述环氧树脂为改性环氧树脂。

与现有技术相比，本发明在环氧树脂中加入适量的鳞片铜粉，起到导热作用，但在实际制备过程中，通过对铜粉的用量进行精确的控制，铜粉含量太低，不能有效的进行导热，无法完全消除局部受热不均的现象，铜粉含量过高，虽然可以提高传热效率，但是对环氧树脂的力学性能及硬度有较大的影响，且含量过多的铜粉会导致导热率达到不期望的地步，过高的导热率一方面影响最终制品的性能，因为高分子材料总是希望低的导热系数，另一方面会使得环氧树脂内部温度畸高，进而造成不同于现有技术中外高内低不同的内高外低的局部受热不均现象。因此，本发明在不影响最终制品的基础性能的情况下，寻找一种能切实降低高分子材料成型加工应力的方法。而现有技术中，在复合材料中添加铜粉、石墨等高导热性能的材料以提高导热系数是已知的，但采用该方法会大幅度提高材料的导热系数，这在低导热系数要求的领域是不利的，为此，本发明通过确定铜粉添加量，使得材料在不大幅提高导热性能的前提下，克服了局部受热不均的问题，消除了低导热系数环氧树脂复合材料成型工艺中热应力。

具体实施方式

本发明提供一种低导热系数环氧树脂复合材料制备方法，该制备方法包括通过热压成型的对环氧树脂进行压制成型，复合材料中包括精确控制添加铜粉的用量，使其满足Vf＝(a*ρ*c-Em)/(Ef-Em)。

为了取得较好的效果，需要根据情况设计导热系数，导热系数的计算粗略的根据混合定律计算：

E_c＝E_fV_f+E_m(1-V_f)

其中，Ec为环氧树脂复合材料的导热系数，Ef为铜粉的导热系数，Em为环氧树脂的导热系数，Vf为铜粉的体积分数。

值得说明的是，实际过程中，可能还包括其他填料，在计算导热系数时，应根据实际情况进行必要的调整，比如，当还包括体积分数占比较大的填料时，应将该填料的导热系数等计算在内，而对于体积分数较小，且对整体材料导热系数的影响也较小的填料，为了计算方便，则可以忽略不计。

在实际加工过程中，导热系数E与各参数之间的关系符合关系：

E＝a*ρ*c

其中，E为材料导热系数，ρ为材料密度，c为材料比热容，a为热扩散系数

材料比热容优选根据制品进行测量，也可以根据混合定律对比热容进行测算c＝cf*wtf+cm(1-wtf)

其中，cf为铜粉比热容，wtf为铜粉质量分数，cm为环氧树脂比热容

因此，铜粉体积分数的确认原则为：

EfVf+Em(1-Vf)＝a*ρ*c

所以，Vf＝(a*ρ*c-Em)/(Ef-Em)

在环氧树脂中，热扩散系数优选在5-15*10^-6m²/s。

在上述方案中，优选的，铜粉的体积分数小于3％。

为了获得不同导热系数的铜粉，可以对铜粉进行相应的改性处理，其中常规的比如添加合金材料、改变铜粉粒径或使用铜纤维等。

经过大量的实验证明，当铜的体积分数小于3％时，铜粉无法在环氧树脂中形成连续相，对复合材料导热性能影响较小，且相比于现有技术中的石墨等高导热系数，由于铜粉作为金属，存在与环氧树脂中具有锚点效应，能够更加均匀地分布在材料中，且使得材料各个方向均保持导热的均一性，另一方面，因为体系中铜的存在，在环氧树脂成型流动过程中，可以大幅提高热量在熔融环氧树脂中的传递，因此，通过体积分数的计算，严格控制铜含量使得在保证低导热系数的前提下，提高成型效率和质量成为可能。

为了获得不同导热系数的铜粉，可以对铜粉进行相应的改性处理，其中常规的比如添加合金材料、改变铜粉粒径或使用铜纤维等。

本发明不局限于上述具体的实施方式，对于本领域的普通技术人员来说从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种低导热系数环氧树脂复合材料制备方法，包括，通过热压成型的对环氧树脂进行压制成型，其特征在于，复合材料中包括铜粉，且满足如下关系：

Vf＝(a*ρ*c-Em)/(Ef-Em)

其中，Vf为铜粉的体积分数，a为复合材料的热扩散系数，单位为m²/s，ρ为复合材料的密度，单位为kg/m³，c为定压比热容，单位为J(Kg*K),Ef、Em为铜粉、环氧树脂的导热系数，单位为：W/(m·K)，

其中，Vf<3％。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜粉为超细铜粉。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜粉的目数大于1500目。

4.如权利要求1-3所述的制备方法，其特征在于，所述铜粉为铜粉合金。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂为改性环氧树脂。