CN110892489A - 线材的导热性电绝缘涂层 - Google Patents

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Abstract

涂层组合物包含：片状剥落式氮化硼纳米片材(BNNS)；和热塑性聚合物基质，其中涂层组合物：(i)具有大于或等于1.0W/mK的导热率；(ii)具有高于或等于20kV/mm的电击穿电压；和(iii)具有柔韧性。涂层组合物还可包含与多个辅粒子的表面结合的片状剥落式BNNS，其使BNNS的平面不平行于电磁线材的纵向轴线定位。不平行定位提高了通过涂层的导热率。聚合物基质可以是聚酯酰亚胺、聚酰胺‑酰亚胺、聚砜、聚酰亚胺、聚醚酮、或其组合。形成涂层的方法包括形成片状剥落式BNNS；将第一单体与第二单体组合，形成热塑性聚合物基质；和致使或允许片状剥落式BNNS分散在整个热塑性聚合物基质中。

Description

线材的导热性电绝缘涂层
技术领域
导热性和电绝缘材料可用作电磁线材(wires)上的涂层。该材料可包括分散在聚合物基质(matrix)中的导热性和电绝缘氮化硼纳米片材(sheets)。
附图说明
某些实施方式的特征和优点将在结合附图考虑时更容易被理解。附图不应被解释为限制任何优选实施方式。
图1是以瓦/米-开尔文(W/mK)为单位的导热率vs以体积百分数(v％)为单位的氮化硼填料体积分数的图。
图2是根据某些实施方式的用于电磁线材的复合涂层的示意图。
详细描述
电磁线圈包括以线圈、螺形(spiral)或螺旋(helix)各种构型缠绕的电导体，如线材。电磁线圈可用于诸如马达、电感器、电磁体、变压器和传感器线圈的装置中。电流通过线圈的线材产生磁场，或者相反地，通过线圈内部的外部随时间变化的磁场在导体内产生电压。导热性和电绝缘聚合材料对于涂覆电磁线圈的线材是非常需要的。涂层应具有预期高的导热性、高柔韧性和低导电性。
通过热传导从电线圈去热已被证明使这些装置以更高的输出更有地运行，或者提供更长的服役寿命。由于聚合物的导热性低，常规的涂层材料一般是以陶瓷作为填料的聚合物复合材料。陶瓷材料，尤其是非氧化物，由于其晶体结构和化学键特性，总体上是比聚合物复合材料更好的导热体。为了改善聚合物的导热性，填料的一般体积分数需要是聚合物的50体积％(v％)或者更高。然而，这种高浓度的填料可产生问题，例如，随着填料浓度增加，聚合物涂层的柔韧性会大大受损。
材料的导热性包括两种组分——电传导和声子传输。作为介电材料，有机聚合物通过非谐弹性波在连续体(continuum)中的传播或被称为声子的热能量子之间的相互作用来传导热量。导致有限导热性和热弹性波能量耗散的主要过程是与声子散射相应的声子-声子相互作用。除声子-声子相互作用外，聚合物系统中有限的晶格框架也显著提高非谐性，并导致高度声子散射，这缩短了声子能够行进的平均自由程(free-mean path)。声子的平均自由程的减少从而降低了导热性。因此，一些聚合物具有低导热率，总体上在0.1至约0.5瓦/米-开尔文(W/m·K)的范围内，这主要是聚合物的无规结构造成的。
为了提高聚合物的导热性，一种常见的方法是添加导热性陶瓷粉末，常被称为导热性填料。陶瓷-聚合物复合材料的导热率总体上随陶瓷浓度增加而非常浅薄地增加。只有当浓度达到约70v％的渗漏极限时，显著的导热率提高才会实现。与较低的填料浓度相比，这种情况下的导热率可以提高几乎50倍，其总导热率达到10W/mK以上。除了高导热率外，涂层还应当是柔韧的，以允许线材弯曲而不导致涂层破裂。然而，在这样高的陶瓷负载下，聚合物复合材料不是非常柔韧或柔性的，因此作为电磁线材的釉质涂层的用途总体上是不切实际的或不可能的。
除了高导热性和柔韧性外，涂层还应具有低导电性；从而限制通过涂层的电子转移和提高线圈的电输出。在另一方法中，更具导热性的石墨烯或石墨已被用作填料。这些填料的导热率可以提高到25W/mK，同时保持聚合物复合材料具有相当柔性。然而，由于在石墨烯或石墨中的高电子迁移率，导电率过高而不能用作电磁线材的电绝缘涂层。
还已使用其他填料来提高线材涂层的导热率。然而，这些其他填料也具有导电性增加、柔韧性降低、或者过于昂贵的缺点。因此，对可用作电磁线材涂层的导热且电绝缘的组合物存在需求和持续不断的工业范围关注。
已经发现，可用分散在导热性聚合物基质内的氮化硼纳米片材形成导热且电绝缘的组合物。该组合物可用作线材的涂层。纳米片材的浓度可以小于其他组合物，同时仍提供所需的导热性、电绝缘性和柔韧性。
应当理解，关于组合物的优选实施方式的讨论意图适用于所有组合物和方法实施方式。
根据某些实施方式，涂层组合物包含：片状剥落式(exfoliated)氮化硼纳米片材；和热塑性聚合物基质，其中涂层组合物：(i)具有大于或等于1.0W/mK的导热率；(ii)具有高于或等于20千伏/毫米(kV/mm)的电击穿电压；和(iii)具有柔韧性。
根据某些其他实施方式，形成涂层组合物的方法包括：形成片状剥落式氮化硼纳米片材；将第一单体与第二单体组合，形成热塑性聚合物基质；和致使或允许片状剥落式氮化硼纳米片材分散在整个热塑性聚合物基质中，其中涂层组合物：(i)具有大于或等于1.0W/mK的导热率；(ii)具有高于或等于20kV/mm的电击穿电压；和(iii)具有柔韧性。
涂层组合物可用于涂覆电磁线材。电磁线材可以是在例如电马达、感应器、电磁体、变压器和传感器线圈中使用的电磁线圈的一部分。电流可以通过线材。这种线材的一般电流可以是20千瓦/毫米(kW/mm)或更大。
涂层组合物包括片状剥落式氮化硼纳米片材(BNNS)。氮化硼粉末可片状剥落成纳米片材，其可以跨越从单层到若干层的范围。BNNS可通过克服氮化硼粉末结构(如例如六方硼、h-BN形式的那些)内相邻层之间的吸引力来获得。分布的厚度取决于片状剥落(exfoliation)工艺条件。图1展示了作为氮化硼体积分数的函数的导热率的建模模拟(modeling simulation)。关于图1，h-BN对照是散装(bulk)h-BN；h-BN纳米片材是h-BN的单原子(或若干原子)薄片；n是粒子形状因子——其中3代表球形，并且更高的数值代表更扁平且更长的尺寸。层数代表每个纳米片材中的层数。
从图1中可以看出，单层纳米片材(n＝258，“258单层”)提供了与双层或多层纳米片材相比在相同浓度下的最高导热率。随着纳米片材的层增厚，导热率的提高陡然下降。根据某些其他实施方式，BNNS提供至少1瓦/米开尔文(W/mK)的导热率。因此，可以选择片状剥落式氮化硼纳米片材的浓度以提供大于或等于1W/mK的导热率。也可以选择片状剥落式氮化硼纳米片材的浓度以提供涂层的期望柔韧量。根据某些实施方式，片状剥落式氮化硼纳米片材的浓度范围是涂层组合物的按体积计约1％至约25％——根据聚合物基质中分散的BNNS的厚度。
方法包括形成片状剥落式氮化硼纳米片材。如本文所用，“片状剥落式氮化硼纳米片材”是指片材形式的氮化硼(即相对于其长度和宽度薄的扁平人造物(artifact))，其长度和宽度尺寸在约10至约5,000纳米(nm)的范围内，且高度在约0.33至约3nm的范围内，并且跨越单层(即，单片材)或多层片材的范围。片状剥落式氮化硼纳米片材可具有少于10个分子层的平均厚度，优选少于5个单层。片状剥落式氮化硼纳米片材可具有大于350的长径比(纳米片材的x、y方向上的平均直径/平均厚度)，优选大于500。片状剥落式氮化硼纳米片材可以通过本领域技术人员已知的任何适合的方法形成。片状剥落式氮化硼纳米片材形成的示例性实例可包括将氮化硼粉末分散在极性有机溶剂如N-甲基吡咯烷酮(MP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)、异丙醇等中。然后将浆料(slurry)通过湿式喷射磨机(wet jet mill)泵送以进行片状剥落。可以将浆料在充足压力下(例如，上至36,000磅力/平方英寸(psi))加压，然后释放到单个喷嘴室中，以形成片状剥落式氮化硼纳米片材。应当理解，不是所有的氮化硼粉末都可以形成片状剥落式氮化硼纳米片材。因此，可以根据需要将浆料循环多次以达到期望的转化百分数。根据某些实施方式，期望的转化百分数是至少30％，更优选至少50％或更大。片状剥落式氮化硼纳米片材可以经由离心与极性有机溶剂分离，例如，以约5,000至约15,000范围内的每分钟转数(rpm)和约30分钟至约5小时范围内的时间。
方法可进一步包括在形成片状剥落式氮化硼纳米片材的步骤之前，氧化氮化硼(BN)粉末的表面。可以例如通过将粒径是约0.1至约10微米(μm)的氮化硼粉末与过氧化氢溶液混合来氧化BN粉末，这是已知的在氮化硼粉末表面上形成羟基的方法。在搅拌期望的时间后——优选在室温下，在真空下将浆料过滤并用水洗涤。粉末可以在大约120℃的真空烘箱中干燥一段时间，然后片状剥落。
方法可进一步包括在片状剥落氮化硼纳米片材的步骤期间添加稳定剂。稳定剂可以帮助保持单层纳米片材分离和悬浮，而不重新组合成多层片材堆垛。根据某些实施方式，稳定剂是二胺。适合的稳定剂的实例包括但不限于4,4'-亚甲基二苯胺和乙二胺。稳定剂可以与片状剥落式氮化硼纳米片材边缘处的官能团发生化学反应并在其上成键(包括氢键)，以使BNNS分离并分散在溶液中。二胺稳定剂也可以是用于形成聚合物基质的第一单体。稳定剂还可帮助在片状剥落式氮化硼纳米片材的边缘之间形成桥。这些桥可以例如帮助增加热量从线材的转移，如图2所示。
聚合物是由重复单元构成的大分子，重复单元一般通过共价化学键连接。聚合物由单体形成。在聚合物形成过程中，一些化学基团可能会从各单体失去。并入聚合物中的单体部分被称为重复单元或单体残基。聚合物的骨架(backbone)是单体残基之间的连续连接。聚合物还可包含在沿着骨架的各种位置处连接至骨架的官能团。聚合物命名总体上基于构成聚合物的单体残基的类型。由一种类型的单体残基形成的聚合物被称为均聚物。共聚物由两种或更多种不同类型的单体残基形成。聚合物的重复单元数被称为聚合物的链长。聚合物的重复单元数可以在大约11至大于10,000的范围内。在共聚物中，来自各单体残基的重复单元可以沿聚合物链以各种方式排列。例如，重复单元可以是随机的、交替的、周期性的、或嵌段的。可以调节聚合反应的条件以帮助控制聚合物的重复单元平均数(平均链长)。
聚合物的平均分子量与聚合物的平均链长直接相关。聚合物的平均分子量影响聚合物的一些物理特性，例如，其溶解性和其分散性。对于共聚物来说，各单体将重复一定次数(重复单元数)。共聚物的平均分子量(Mw)可以表示如下：
Mw＝ΣwxMx
其中wx是重量为Mx的分子的重量分数。
在涂层挤出过程中，BNNS的平面一般平行于电磁线材的纵向轴线定位(对齐，align)。然而，这种平行定位减少了热量沿远离线材的方向通过涂层组合物的流动。因此，涂层组合物可进一步包含多个辅粒子(co-particles)，其中片状剥落式氮化硼纳米片材的第一边缘结合至辅粒子的表面。此实施方式可以在图2中看到。片状剥落式氮化硼纳米片材不必与辅粒子的表面化学键合，而是优选地与辅粒子的表面成键(bonds)和附接。如图2中所见，辅粒子可以帮助将一些BNNS的平面定向在与线材的纵向轴线不平行的方向(即，以约5°至90°之间的角度)。这些不平行的定向连同在片材之间形成的桥可以增加热量在远离线材的方向上的传导。
辅粒子可以选自氮化硼BN、碳化硼B4C、氮化铝AlN、氧化铝Al2O3、二氧化硅SiO2、氧化镁MgO、碳化硅SiC、氮化硅S13N4、氧化锌ZnO、氧化铍BeO、金刚石、金属氧化物、氧化钛、石英、和其他陶瓷、及其组合。根据某些实施方式，辅粒子是氮化硼粉末或氮化铝粉末。氮化铝粉末不可在区域中水含量高的应用中使用，因为氮化铝容易与水反应。
辅粒子可以是具有各种几何形状的三维粒子，包括但不限于球形、立方体、六边形、三角形、或其组合。辅粒子还可具有在约0.2μm至约10μm、或约0.5μm至约2μm的范围内的平均横截面粒度。在其他实例中，辅粒子的平均横截面粒度可以在所示那些之间的任意两个值的范围内，如，例如，0.2μm与9μm之间、0.3μm与8μm之间、0.5μm与5μm之间。根据某些实施方式，辅粒子的浓度范围是组合物的按体积计约1％至约20％。在其他实施方式中，辅粒子的浓度在1％至约20％之间的任意两个值的范围内，如，例如，1％与15％之间、1％与10％之间、1％与5％之间、1％与8％之间、1％与12％之间、3％与20％之间、3％与15％之间、3％与10％之间、3％与12％之间、5％与20％之间、5％与15％之间、5％与18％之间、10％与20％之间、10％与15％之间、10％与18％之间。
方法可进一步包括对分散的片状剥落式氮化硼纳米片材和辅粒子进行硅烷处理。硅烷处理可以使片状剥落式纳米片材的边缘和辅粒子官能化，其中边缘和表面经氨基处理。硅烷处理可以帮助氮化硼纳米片材结合至辅粒子的表面，或者如同二胺单体作用以与第二单体聚合。示例性硅烷处理可包括在流动氮气的保护下，将分散在极性有机溶剂中的片状剥落式氮化硼纳米片材与氨丙基三乙氧基硅烷(APS)组合，以使BNNS边缘被氨基处理。可以在配备有回流冷凝器和磁力搅拌棒的三颈烧瓶中搅拌溶液。搅拌溶液可被加热至大约120℃4小时。硅烷处理还可以使未附接至辅粒子的片状剥落式氮化硼纳米片材的其他边缘官能化，以与聚合物基质的官能团键合。以这种方式，纳米片材获得适当的定位、分散和桥接，从而通过涂层组合物提供改善的导热性。
涂层组合物进一步包括热塑性聚合物基质。根据某些实施方式，片状剥落式氮化硼纳米片材和任选的辅粒子分散在整个聚合物基质中。聚合物基质还可以帮助稳定和保持BNNS和任选的辅粒子在基质内悬浮和分离。聚合物基质可以是导热性的。聚合物可以是均聚物或共聚物。第一单体可以选自4,4'-亚甲基二苯胺和二苯甲撑二异氰酸酯(methylenediphenyl diisocyanate)。第二单体可以选自二羧酸、二羧酸酸酐、烷基酯、和其他二羧酸衍生物。这些聚合物中的任意种可以包含两个或更多个单体或单体残基、交联剂、和/或此聚合物上的官能团。适合的官能团和/或交联剂包括但不限于醚、环氧化物、酰胺、酯、和包含前述至少一种的组合。
根据某些实施方式，热塑性聚合物在上至180℃的温度下是热稳定的。如本文所用，术语“热稳定的”是指聚合物不会燃烧或降解。根据此实施方式，热塑性聚合物是聚酰亚胺，如聚酯酰亚胺(PEI)或聚(酯-酰亚胺-醚)。如本文所用，“聚酰亚胺”是指包含重复的酰亚胺官能团和任选地其他官能团(如酰胺和/或醚)的聚合物。PEI可以通过使4,4'-第一单体亚甲基二苯胺、第二单体甲基偏苯三酸酐酯(methyl trimellitic anhydride ester)、和第三单体4,4'-双酚聚合而形成。热塑性聚合物也可以是聚(酯-酰亚胺-醚)，并且通过使对苯二甲酸二甲酯(DMT)和N-(4-甲氧羰基苯基)-4-(甲氧羰基)-邻苯二甲酰亚胺与乙二醇(EG)和聚四亚甲基二醇(PTMG)聚合而形成。
根据某些其他实施方式，热塑性聚合物在上至200℃的温度下是热稳定的。根据此实施方式，聚合物是聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚砜、或其组合。PAI可经由酰基氯途径形成，其中发生芳香族二胺(如亚甲基二苯胺(MDA))和芳香族二酰基氯(如氯化偏苯三酸(trimellitic acid chloride)(TMAC)、对苯二甲酰基氯、间苯二甲酰基氯、或萘甲酰氯)的缩合。酸酐与二胺的反应产生中间体酰胺酸。酰基氯官能团与芳香族胺反应，生成酰胺键和氯化氢(HQ)作为副产物。PAI也可经由二异氰酸酯途径形成，其中二异氰酸酯(如4,4'-二苯甲撑二异氰酸酯(MDI))与偏苯三酸酐(TMA)发生反应。聚砜可通过使二元酚(如双酚A、双酚或二羟基二苯醚)与含有砜基团的二卤化物(如双(4-氯苯基砜)或双(4-氯苯基)砜)缩合而形成，其通过消除氯化钠形成了聚醚。
根据某些其他实施方式，热塑性聚合物在大于或等于240℃的温度下是热稳定的。根据此实施方式，聚合物是聚酰亚胺(PI)或聚醚酮。PI可通过使第一单体二酐(如均苯四甲酸二酐、苯醌四羧酸二酐、双酚A二酐、萘基二酐或联苯基二酐)与第二单体二胺(如4,4'-二氨基二苯醚(“DAPE”)、间苯二胺(“MDA”)和3,3-二氨基二苯甲烷)聚合而形成。PI也可通过使二酐与第二单体二异氰酸酯(如4,4'-二苯甲撑二异氰酸酯(MDI))聚合而形成。聚醚酮可通过逐步生长聚合，通过使双酚盐(bisphenolate salts)(如4,4'-二氟二苯甲酮)与氢醌的二钠盐进行二烷基化而形成。聚合可以在适合的极性非质子溶剂(如二苯砜)中进行。
方法包括将第一单体与第二单体(和任选地任何其他单体)组合以形成热塑性聚合物。如上所述，可在形成片状剥落式氮化硼纳米片材之前、期间、或之后，将第一单体与氮化硼粉末和溶剂组合。可在形成片状剥落式氮化硼纳米片材之后，例如在硅烷处理之后，或在BNNS与辅粒子进行表面偶联期间或之后，将第二单体(和任何其他单体)与第一单体组合。单体经由原位聚合而形成聚合物；因而维持片状剥落式氮化硼纳米片材或片状剥落式氮化硼纳米片材/辅粒子在所得聚合物基质中分离和分散。可以控制聚合反应以提供具有所需分子量的聚合物。聚合物的分子量可以在约10,000至约100,000的范围内。聚合物可包括线性(直链，linear)或支化(支链，branched)单元，并以无规、交替、周期性或嵌段构型排列。
涂层组合物的导热率大于或等于1.0W/mK。根据某些实施方式，聚合物具有足够高的电击穿电压，以防止聚合物在流过线材的电流尖峰(spikes)期间发生燃烧或降解。所选单体、涂层厚度和聚合物的其他特征(如分子量)可被选择使得聚合物具有足够的电击穿电压。根据某些其他实施方式，涂层组合物还具有小于或等于20千伏/毫米(kV/mm)的电击穿电压。当电流通过电磁线材时，线材与聚合物基质之间产生电压差。因此，聚合物基质应当能够承受该电压差而不燃烧或降解。聚合物基质可以是电绝缘的(即，具有小于或等于20kV/mm的导电率)，以抑制或防止电子通过聚合物移动。聚合物的导电率和电击穿电压是逆相关的——导(电)率越低，击穿电压越高。
涂层组合物可进一步包含选自以下的添加剂：第一(primary)抗氧化剂、第二(secondary)抗氧化剂、除酸剂或中和剂、UV吸收剂/稳定剂、抗结块剂、增滑剂、抗静电剂、防雾剂、成核剂、偶联剂、交联剂、受控裂化剂、阻燃剂、润滑剂、及其组合。
方法可进一步包括将涂层组合物浸涂到电磁线材上。热塑性聚合物可随时间和温度而固化和硬化。方法可进一步包括在浸涂步骤之后使得或允许涂层组合物热固化。可以针对为热塑性聚合物基质所选择的具体聚合物来选择固化时间和温度。
以下示例了制备片状剥落式氮化硼纳米片材和辅粒子的方法。以下实施方式不是生产涂层组合物的唯一方法，并且不意图限制各种实施方式的范围。
片状剥落式氮化硼纳米片材(BNNS)的形成可如下产生：
(A)氮化硼粉末(BN)-被氧化-硅烷化(silanation)-通过离心去除非部分(un-partially)片状剥落的BN粉末；
(B)BN-被氧化，片状剥落后硅烷化-通过离心去除非部分片状剥落的BN粉末；
(C)BN，氧化，片状剥落后硅烷化-通过离心去除非部分片状剥落的BN粉末；
(D)BN-被氧化-硅烷化-不去除非部分片状剥落的BN粉末，产生混合的BNNS+BN粉末；
(E)BN-被氧化，片状剥落后硅烷化-不去除非部分片状剥落的BN粉末，产生混合的BNNS+BN粉末；
(F)BN未经处理，氧化，片状剥落后硅烷化-不去除非部分片状剥落的BN粉末，产生混合的BNNS+BN粉末。
形成三维填料的辅粒子与BBNS的形成可如下产生：
(A)BN氧化+硅烷化，在不存在第一单体(例如，二胺)的情况下片状剥落，离心，BN粉末氧化+硅烷化，第二单体偶联；
(B)BN氧化+硅烷化，在不存在第一单体的情况下片状剥落，不经离心，第二单体与未片状剥落的BN粉末偶联；
(C)BN-被氧化-硅烷化-通过离心去除非部分片状剥落的BN粉末；
(D)BN-被氧化，片状剥落后硅烷化-通过离心去除非部分片状剥落的BN粉末；
(E)BN，氧化，片状剥落后硅烷化-通过离心去除非部分片状剥落的BN粉末；
(F)BN-被氧化-硅烷化-不去除非部分片状剥落的BN粉末，产生混合的BNNS+BN粉末；
(G)BN-被氧化，片状剥落后硅烷化-不去除非部分片状剥落的BN粉末，产生混合的BNNS+BN粉末；
(H)BN，氧化，片状剥落后硅烷化-不去除非部分片状剥落的BN粉末，产生混合的BNNS+BN粉末。
本公开涉及至少以下方面。
方面1A.涂层组合物，其包含：片状剥落式氮化硼纳米片材；和热塑性聚合物基质，其中涂层组合物：(i)具有大于或等于1.0W/mK的导热率；(ii)具有大于或等于20kV/mm的电击穿电压；和(iii)具有柔韧性。
方面IB.涂层组合物，其主要由以下组成：片状剥落式氮化硼纳米片材；和热塑性聚合物基质，其中涂层组合物：(i)具有大于或等于1.0W/mK的导热率；(ii)具有大于或等于20kV/mm的电击穿电压；和(iii)具有柔韧性。
方面1C.涂层组合物，其由以下组成：片状剥落式氮化硼纳米片材；和热塑性聚合物基质，其中涂层组合物：(i)具有大于或等于1.0W/mK的导热率；(ii)具有大于或等于20kV/mm的电击穿电压；和(iii)具有柔韧性。
方面2.根据主张1A-1C中任一项的涂层组合物，其中片状剥落式氮化硼纳米片材的浓度范围是涂层组合物的按体积计约1％至约25％。
方面3.根据主张1A-1C中任一项的涂层组合物，进一步包含多个辅粒子，其中片状剥落式氮化硼纳米片材的第一边缘结合至辅粒子的表面。
方面4.根据主张3的涂层组合物，其中辅粒子选自BN、B4C、AlN、Al2O3、SiO2、MgO、SiC、S13N4、ZnO、BeO、金刚石、金属氧化物、钛氧化物、石英、陶瓷、及其组合。
方面5.根据主张3的组合物，其中辅粒子是BN。
方面6.根据主张3的组合物，其中辅粒子的浓度范围是涂层组合物的按体积计约1％至约20％。
方面7.根据主张1A-1C中任一项的组合物，其中热塑性聚合物在上至180℃的温度下是热稳定的。
方面8.根据主张7的组合物，其中热塑性聚合物是聚酯酰亚胺。
方面9.根据主张1A-1C中任一项的组合物，其中热塑性聚合物在上至200℃的温度下是热稳定的。
方面10.根据主张9的组合物，其中热塑性聚合物是聚酰胺-酰亚胺、聚砜、或其组合。
方面11.根据主张1A-1C中任一项的组合物，其中热塑性聚合物在大于或等于240℃的温度下是热稳定的。
方面12.根据主张11的组合物，其中热塑性聚合物是聚酰亚胺或聚醚酮。
方面13.根据主张1A-1C中任一项的组合物，其中涂层组合物被涂覆在电磁线材上。
方面14.根据主张1A-1C中任一项的组合物，其中片状剥落式氮化硼纳米片材的平均厚度小于10个分子层，并且长径比大于350。
方面15A.形成涂层组合物的方法，所述方法包括：形成片状剥落式氮化硼纳米片材；将第一单体与第二单体组合，形成热塑性聚合物基质；和致使或允许片状剥落式氮化硼纳米片材分散在整个热塑性聚合物基质中，其中涂层组合物：(i)具有大于或等于1.0W/mK的导热率；(ii)具有大于或等于20kV/mm的电击穿电压；和(iii)具有柔韧性。
方面15B.形成涂层组合物的方法，所述方法主要由以下组成：形成片状剥落式氮化硼纳米片材；将第一单体与第二单体组合，形成热塑性聚合物基质；和致使或允许片状剥落式氮化硼纳米片材分散在整个热塑性聚合物基质中，其中涂层组合物：(i)具有大于或等于1.0W/mK的导热率；(ii)具有大于或等于20kV/mm的电击穿电压；和(iii)具有柔韧性。
方面15C.形成涂层组合物的方法，所述方法由以下组成：形成片状剥落式氮化硼纳米片材；将第一单体与第二单体组合，形成热塑性聚合物基质；和致使或允许片状剥落式氮化硼纳米片材分散在整个热塑性聚合物基质中，其中涂层组合物：(i)具有大于或等于1.0W/mK的导热率；(ii)具有大于或等于20kV/mm的电击穿电压；和(iii)具有柔韧性。
方面16.根据主张15A-15C中任一项的方法，进一步包括在形成片状剥落式氮化硼纳米片材的步骤之前，氧化氮化硼粉末的表面。
方面17.根据主张16的方法，其进一步包括：将表面氧化的氮化硼粉末添加到第一单体和溶剂中；然后对氮化硼纳米片材进行片状剥落，并对片状剥落式氮化硼纳米片材和第一单体进行硅烷处理；然后将第二单体与片状剥落式氮化硼纳米片材和第一单体组合。
方面18.根据主张17的方法，进一步包括在将第二单体与片状剥落式氮化硼纳米片材和第一单体组合的步骤之后添加多个辅粒子，和允许片状剥落式氮化硼纳米片材结合至所述多个辅粒子的表面以形成填料。
方面19.根据主张15A-15C中任一项的方法，进一步包括在将第二单体与第一单体组合的步骤之前添加多个辅粒子，和允许片状剥落式氮化硼纳米片材结合至所述多个辅粒子的表面以形成填料。
方面20.根据主张15A-15C中任一项的方法，进一步包括将涂层组合物浸涂到电磁线材上。
方面21.根据主张20的方法，进一步包括在浸涂步骤之后允许涂层组合物热固化。
因此，本公开非常适于实现所述目标(ends)和优点以及其中固有的目标和优点。上文公开的特定实施方式仅仅是示例性的，因为本公开可以以对于受益本文教导的本领域技术人员显而易见的不同但等效的方式被改动和实践。此外，不意图对本文所示的构造或设计的细节进行所附权利要求所述以外的限制。因此，显而易见，上文公开的具体示例性实施方式可以被改变或改动，并且所有这种变型都被认为在本公开的范围和精神之内。
如本文使用，词语“包含”、“具有”、“包括”及其所有语法变型均旨在具有开放的非限制性含义，不排除其他要素或步骤。尽管以“包含”、“含有”、或“包括”各种部件或步骤来描述组合物、系统和方法，但是组合物、系统和方法还可以“主要由所述各种部件和步骤组成”或“由所述各种部件和步骤组成”。还应该理解，如本文使用，“第一”、“第二”和“第三”是任意命名的，并且仅仅意图视情况而定在两个或更多个方面(phases)等之间进行区分，并且不指示任何顺序。此外，应当理解，只是使用了词语“第一”不要求有任何“第二”，并且仅仅使用了词语“第二”不要求有任何“第三”，等等。
不论何时公开具有下限和上限的数值范围，落入该范围的任何数值和任何被包括的范围都被具体公开。具体地，本文公开的每个数值范围(形式为“约a至约b”，或等同地“大约a至b”，或等同地“大约a-b”)应当被理解为提出了较宽数值范围内所涵盖的每个数值和范围。另外，权利要求中的术语具有其普通、常规含义，除非专利权人另外明确和清楚地定义。此外，权利要求中使用的冠词“一种”或“一个”在本文中被定义为表示其引导的要素中的一个或多于一个。如果词语或术语的使用在本说明书中与可通过引用并入本文的一个或多个专利或其他文件存在任何冲突，则应采用与本说明书一致的定义。
在本文中，范围可以表示为从一个值(第一值)到另一个值(第二值)。当表达这样的范围时，范围在一些方面包括第一值和第二值中的一个或两个。类似地，当通过使用先行词“约”将数值表达为近似值时，将理解的是，该具体数值构成另一方面。还将进一步理解，每一个范围的端点相对于另一端点和独立于另一端点都是有意义的。还应理解，本文公开了多个数值，并且除了该数值本身之外，每一个值在本文中还被公开为“约”该具体数值。例如，如果公开了数值“10”，则还公开“约10”。还应理解，还公开了两个具体单位之间的每一个单位。例如，如果公开了10和15，则还公开了11、12、13和14。
应当理解，本文使用的术语仅仅是出于描述具体方面的目的，并且不意图进行限制。如在说明书和权利要求中使用，术语“包含”可以包括“由……组成”和“主要由……组成”的实施方式。除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语与本公开所属领域普通技术人员的通常理解具有相同含义。在本说明书和所附权利要求中，将提及在此限定的多个术语。
如本文所用，术语“约”和“处于或约”意为所讨论的量或值可以是指定值，近似指定值、或与指定值大致相同。通常理解，如本文所用，除非另外指出或推断，否则其是所示标称值±10％变化。该术语旨在传达相似的值促成权利要求中记载的等同结果或效果。也就是说，应当理解，含量、尺寸、配方、参数以及其他数量和特征不是和无需是精确的，而可以根据需要是近似的和/或更大或更小的，反映公差、转换因子、四舍五入、测量误差等、以及本领域技术人员已知的其他因素。总体上，含量、尺寸、配方、参数或其他数量或特征是“约”或“近似”的，无论是否明确如此说明。应当理解，在定量值前使用“约”的情况下，该参数进一步包括该具体定量值本身，除非另有特别说明。
尽管出于示例的目的已经阐述了一般性的方面，但是前述描述不应被认为是对本文范围的限制。因此，在不脱离本文的精神和范围的情况下，本领域技术人员能够想到各种改动、改编和可选形式。
将对本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以对本公开进行各种改动和变型。考虑在此公开的到公开内容的说明和实践，本公开的其他实施方式对于本领域技术人员将是显而易见的。意图说明书和实例仅被认为是示例性的，而本公开的真实范围和精神由所附权利要求指示。
本公开的专利性范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他实例。意图这些其他实例被包括在权利要求的范围内——如果其具有与权利要求的文字语言无差异的结构要素，或者如果其包括具有与权利要求的文字语言非实质性的差异的等同结构要素。

Claims (21)

1.涂层组合物，其包含：
片状剥落式氮化硼纳米片材；和
热塑性聚合物基质，其中所述涂层组合物：
(i)具有大于或等于1.0W/mK的导热率；
(ii)具有大于或等于20kV/mm的电击穿电压；和
(iii)具有柔韧性。
2.根据权利要求1所述的涂层组合物，其中所述片状剥落式氮化硼纳米片材的浓度范围是所述涂层组合物的按体积计约1％至约25％。
3.根据权利要求1所述的涂层组合物，进一步包含多个辅粒子，其中所述片状剥落式氮化硼纳米片材的第一边缘结合至所述辅粒子的表面。
4.根据权利要求3所述的涂层组合物，其中所述辅粒子选自氮化硼BN、碳化硼B4C、氮化铝AlN、氧化铝Al2O3、二氧化硅SiO2、氧化镁MgO、碳化硅SiC、氮化硅S13N4、氧化锌ZnO、氧化铍BeO、金刚石、金属氧化物、氧化钛、石英、陶瓷、及其组合。
5.根据权利要求3所述的涂层组合物，其中所述辅粒子是BN。
6.根据权利要求3所述的涂层组合物，其中所述辅粒子的浓度范围是所述涂层组合物的按体积计约1％至约20％。
7.根据权利要求1所述的涂层组合物，其中所述热塑性聚合物在上至180℃的温度下是热稳定的。
8.根据权利要求7所述的组合物，其中所述热塑性聚合物是聚酯酰亚胺。
9.根据权利要求1所述的组合物，其中所述热塑性聚合物在上至200℃的温度下是热稳定的。
10.根据权利要求9所述的组合物，其中所述热塑性聚合物是聚酰胺-酰亚胺、聚砜、或其组合。
11.根据权利要求1所述的组合物，其中所述热塑性聚合物在大于或等于240℃的温度下是热稳定的。
12.根据权利要求11所述的组合物，其中所述热塑性聚合物是聚酰亚胺或聚醚酮。
13.根据权利要求1所述的组合物，其中所述涂层组合物被涂覆在电磁线材上。
14.根据权利要求1所述的组合物，其中所述片状剥落式氮化硼纳米片材的平均厚度小于10个分子层，并且长径比大于350。
15.形成涂层组合物的方法，所述方法包括：
形成片状剥落式氮化硼纳米片材；
将第一单体与第二单体组合，形成热塑性聚合物基质；和
致使或允许所述片状剥落式氮化硼纳米片材分散在整个所述热塑性聚合物基质中，其中所述涂层组合物：
(i)具有大于或等于1.0W/mK的导热率；
(ii)具有大于或等于20kV/mm的电击穿电压；和
(iii)具有柔韧性。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括在形成所述片状剥落式氮化硼纳米片材的步骤之前，氧化氮化硼粉末的表面。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括：
将表面氧化的所述氮化硼粉末添加到所述第一单体和溶剂；
然后使所述氮化硼纳米片材片状剥落，并对所述片状剥落式氮化硼纳米片材和第一单体进行硅烷处理；
然后将所述第二单体与所述片状剥落式氮化硼纳米片材和第一单体组合。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括在将所述第二单体与所述片状剥落式氮化硼纳米片材和第一单体组合的步骤之后添加多个辅粒子，和允许所述片状剥落式氮化硼纳米片材结合至所述多个辅粒子的表面以形成填料。
19.根据权利要求15所述的方法，进一步包括在将所述第二单体与第一单体组合的步骤之前添加多个辅粒子，和允许所述片状剥落式氮化硼纳米片材结合至所述多个辅粒子的表面以形成填料。
20.根据权利要求15所述的方法，进一步包括将所述涂层组合物浸涂到电磁线材上。
21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括在浸涂步骤之后允许所述涂层组合物热固化。
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