CN112724699A - 一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺，涉及新材料领域，包括以下步骤：首先准备复合物质和碳纤维，并且将其进行混合，获得复合纤维，对有机塑料板的表面进行涂胶处理，并且将其置于静电植绒设备内部作为对电极，将复合纤维置于静电植绒设备的粉仓中，并且设置好各项参数后即可获得具有垂直取向的功能碳纤维基板，将碳纤维基板灌入树脂，然后将其放入到固化箱中进行固化操作，得到复合树脂。本发明提出的一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺，能够极大的提高树脂的导热系数，此外在一维粉体的表面涂覆功能材料可以有效的提高树脂材料的功能性，并且一维粉体会起到补强功能，提高复合树脂的机械性能。

Description

一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺
技术领域
本发明涉及新材料领域，尤其涉及一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺。
背景技术
复合树脂一般分为热塑性和热固性两种类型，该原料的价格与油价和其他能源价格密切相关。最常见的热固性树脂有环氧树脂、酚醛树脂、聚氨基甲酸乙酯和氨基塑料。因复合树脂具有质轻，可塑性强，生产时间短，环保，耐腐蚀，能够回收利用，使用寿命长等许多优点，所以在公共交通中的用途相当广泛。复合树脂还可以用于提高燃料的利用效率，对环境保护都有推动作用。另外复合树脂还广泛应用于牙科美容方面，对于前牙和后牙洞修复填充亦有良好的效果。
芯片、5G通信基站、新能源汽车电芯等都是高发热部件，热量能否快速导出决定了设备的工作性能和可靠性。由于元件的表面粗糙造成热源和散热器件之间的界面是有限的电接触，散热面积极小，而又空气是热的不良导体，因此需要热界面树脂材料来有效的弥合界面空隙，形成良好的导热通路。
当前导热树脂的制备技术是使用各类颗粒粉体，如氧化铝、氮化铝、氮化硼等，掺杂在树脂中制备而成的。由于粉体颗粒之间也是点接触难以形成有效通路，因此即使掺杂90%以上的粉体，复合树脂的导热系数仍不理想。
此外氧化铝、氮化铝的功能较为单一，仅能提供导热一种功能。而如芯片和通信等领域除了对导热的需求，还有电磁屏蔽及绝缘的需求，此外从设备长期运行可靠性方面来看，还需要树脂具有良好的机械强度。为此我们设计出了一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺来解决以上问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺，包括以下步骤：
S1、首先准备复合物质和长度为0.05-10 mm碳纤维，并且将其进行混合，获得复合纤维；
S2、对有机塑料板的表面进行涂胶处理，并且将其置于静电植绒设备内部作为对电极；
S3、将复合纤维置于静电植绒设备的粉仓中，并且设置好各项参数后即可获得具有垂直取向的功能碳纤维基板；
S4、将碳纤维基板灌入树脂，然后将其放入到固化箱中进行固化操作，得到复合树脂；
S5、将固化好的复合树脂剥离后获得具有垂直取向的复合碳纤维树脂，并且在热阻仪中测试该复合树脂的导热系数，并且对其电磁屏蔽能力以及强度进行检测。
优选的，所述S1中的复合物质可以为金属纳米颗粒、金属纳米线、氮化硼纳米片、石墨烯纳米片、功能化石墨烯纳米片、碳纳米管以及功能化碳纳米管其中的一种或多种混合物。
优选的，所述S1中的复合物质与碳纤维混合方法包括原位磁控溅射沉积、电镀以及球磨。
优选的，所述原位磁控溅射沉积适用于各类金属纳米颗粒与碳纤维的复合，所述电镀适用于在碳纤维表面复合各类金属以及合金涂层，且所述球磨适用于在碳纤维表面与氮化硼或石墨烯等复合，能够通过静电作用包裹于碳纤维表面形成功能涂层。
优选的，所述S2中对有机塑料板涂胶的材料为聚丙烯水性胶。
优选的，所述S3中的静电植绒设备的参数设置为电压范围为1 KV-100 KV，电流范围为1μA-100μA，植绒时间为10s-30min。
优选的，所述S3中的复合纤维与树脂的比例范围为1%-95%。
优选的，所述S5中热阻仪的参数设置为冷极温度20℃～30℃，热极温度60℃～80℃，压力为30N～50N。
优选的，所述S5中的电磁屏蔽能力检测方法采用同轴传输反射法，强度检测采用实验拉伸机，抗击穿电压值采用击穿电压强度测试仪进行测试。
本发明的有益效果为：
本发明提出的一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺，高压静电植绒可以制备具有垂直取向的碳纤维结构，通过结构取向的控制形成垂直导热通路可以极大的提高导热树脂产品的法向导热系数，此外在一维粉体的表面涂覆各种功能的复合材料可制备具有导热与导电复合、导热与绝缘复合，导热与电磁屏蔽复合等多功能树脂材料，而且一维粉体会起到补强功能，提高复合树脂的机械性能，可用于芯片封装、便携电子、5G通信、新能源汽车等具有散热、绝缘及电磁屏蔽等复合需求的领域，使用范围更加广泛，功能性更强。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一
一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺，包括以下步骤：先将碳纤维与复合物质置于球磨机中以球磨速度为200r/min球磨1h进行混合，得到复合纤维，并且将其置于静电植绒设备的粉仓中，同时将表面涂覆有聚丙烯水性胶的有机塑料板置于植绒设备中作为对电极，静电植绒设备的参数设置为电压20KV，电流20μA，植绒时间2min，从而获得具有垂直取向的功能性碳纤维基板；然后向该功能性碳纤维基板灌入光固化树脂，使其在固化箱中固化，然后再将固化好的复合树脂剥离，得到具有垂直取向的复合碳纤维树脂，然后再设置热阻仪的冷极温度为20℃，热极温度为60℃，并且压力为30N，测得该复合碳纤维树脂的导热系数，再通过实验拉伸机对其进行抗拉伸强度测试，并且通过击穿电压强度测试仪测试其抗击穿电压值以及通过同轴传输反射法测试其电磁屏蔽系数。
实施例二
一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺，包括以下步骤：先将碳纤维置于静电植绒设备的粉仓中，同时将表面涂胶的有机塑料板置于植绒设备中作为对电极，设置静电植绒设备的参数为电压20KV，电流20μA，植绒时间2min，得到具有垂直取向的碳纤维基板，将胶水加温固化后获得具有垂直取向的碳纤维基板，将具有与垂直取向的碳纤维基板置于磁控溅射仪中，以镍靶进行磁控溅射获得表面负载金属镍颗粒的碳纤维垂直；将基板灌入预固化硅油，然而在固化箱中固化，然后将固化好的复合树脂，剥离后即可获得具有垂直取向的复合碳纤维硅树脂，然后再将具有垂直取向的碳纤维的复合树脂置于热阻仪中进行导热系数测试实验，设置热阻仪的冷极温度为20℃，热极温度为60℃，并且压力为30N，测得该复合碳纤维树脂的导热系数，再通过实验拉伸机对其进行抗拉伸强度测试，并且通过击穿电压强度测试仪测试其抗击穿电压值以及通过同轴传输反射法测试其电磁屏蔽系数。
实施例三
一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺，包括以下步骤：先将碳纤维与复合物质置于球磨机中以球磨速度为200r/min球磨1h进行混合，得到复合纤维，并且将其置于静电植绒设备的粉仓中，同时将表面涂覆有聚丙烯水性胶的有机塑料板置于植绒设备中作为对电极，静电植绒设备的参数设置为电压50KV，电流50μA，植绒时间15min，从而获得具有垂直取向的功能性碳纤维基板；然后向该功能性碳纤维基板灌入光固化树脂，使其在固化箱中固化，然后再将固化好的复合树脂剥离，得到具有垂直取向的复合碳纤维树脂，然后再设置热阻仪的冷极温度为25℃，热极温度为70℃，并且压力为40N，测得该复合碳纤维树脂的导热系数，再通过实验拉伸机对其进行抗拉伸强度测试，并且通过击穿电压强度测试仪测试其抗击穿电压值以及通过同轴传输反射法测试其电磁屏蔽系数。
实施例四
一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺，包括以下步骤：先将碳纤维置于静电植绒设备的粉仓中，同时将表面涂胶的有机塑料板置于植绒设备中作为对电极，设置静电植绒设备的参数为电压50KV，电流50μA，植绒时间15min，得到具有垂直取向的碳纤维基板，将胶水加温固化后获得具有垂直取向的碳纤维基板，将具有与垂直取向的碳纤维基板置于磁控溅射仪中，以镍靶进行磁控溅射获得表面负载金属镍颗粒的碳纤维垂直；将基板灌入预固化硅油，然而在固化箱中固化，然后将固化好的复合树脂，剥离后即可获得具有垂直取向的复合碳纤维硅树脂，然后再将具有垂直取向的碳纤维的复合树脂置于热阻仪中进行导热系数测试实验，设置热阻仪的冷极温度为25℃，热极温度为70℃，并且压力为40N，测得该复合碳纤维树脂的导热系数，再通过实验拉伸机对其进行抗拉伸强度测试，并且通过击穿电压强度测试仪测试其抗击穿电压值以及通过同轴传输反射法测试其电磁屏蔽系数。
实施例五
一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺，包括以下步骤：先将碳纤维与复合物质置于球磨机中以球磨速度为200r/min球磨1h进行混合，得到复合纤维，并且将其置于静电植绒设备的粉仓中，同时将表面涂覆有聚丙烯水性胶的有机塑料板置于植绒设备中作为对电极，静电植绒设备的参数设置为电压80KV，电流80μA，植绒时间28min，从而获得具有垂直取向的功能性碳纤维基板；然后向该功能性碳纤维基板灌入光固化树脂，使其在固化箱中固化，然后再将固化好的复合树脂剥离，得到具有垂直取向的复合碳纤维树脂，然后再设置热阻仪的冷极温度为30℃，热极温度为80℃，并且压力为50N，测得该复合碳纤维树脂的导热系数，再通过实验拉伸机对其进行抗拉伸强度测试，并且通过击穿电压强度测试仪测试其抗击穿电压值以及通过同轴传输反射法测试其电磁屏蔽系数。
实施例六
一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺，包括以下步骤：先将碳纤维置于静电植绒设备的粉仓中，同时将表面涂胶的有机塑料板置于植绒设备中作为对电极，设置静电植绒设备的参数为电压80KV，电流80μA，植绒时间28min，得到具有垂直取向的碳纤维基板，将胶水加温固化后获得具有垂直取向的碳纤维基板，将具有与垂直取向的碳纤维基板置于磁控溅射仪中，以镍靶进行磁控溅射获得表面负载金属镍颗粒的碳纤维垂直；将基板灌入预固化硅油，然而在固化箱中固化，然后将固化好的复合树脂，剥离后即可获得具有垂直取向的复合碳纤维硅树脂，然后再将具有垂直取向的碳纤维的复合树脂置于热阻仪中进行导热系数测试实验，设置热阻仪的冷极温度为30℃，热极温度为80℃，并且压力为50N，测得该复合碳纤维树脂的导热系数，再通过实验拉伸机对其进行抗拉伸强度测试，并且通过击穿电压强度测试仪测试其抗击穿电压值以及通过同轴传输反射法测试其电磁屏蔽系数。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、首先准备复合物质和长度为0.05-10 mm碳纤维，并且将其进行混合，获得复合纤维；
S2、对有机塑料板的表面进行涂胶处理，并且将其置于静电植绒设备内部作为对电极；
S3、将复合纤维置于静电植绒设备的粉仓中，并且设置好各项参数后即可获得具有垂直取向的功能碳纤维基板；
S4、将碳纤维基板灌入树脂，然后将其放入到固化箱中进行固化操作，得到复合树脂；
S5、将固化好的复合树脂剥离后获得具有垂直取向的复合碳纤维树脂，并且在热阻仪中测试该复合树脂的导热系数，并且对其电磁屏蔽能力以及强度进行检测。
2.根据权利要求1所述的一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺，其特征在于，所述S1中的复合物质可以为金属纳米颗粒、金属纳米线、氮化硼纳米片、石墨烯纳米片、功能化石墨烯纳米片、碳纳米管以及功能化碳纳米管其中的一种或多种混合物。
3.根据权利要求1所述的一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺，其特征在于，所述S1中的复合物质与碳纤维混合方法包括原位磁控溅射沉积、电镀以及球磨。
4.根据权利要求3所述的一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺，其特征在于，所述原位磁控溅射沉积适用于各类金属纳米颗粒与碳纤维的复合，所述电镀适用于在碳纤维表面复合各类金属以及合金涂层，且所述球磨适用于在碳纤维表面与氮化硼或石墨烯等材料复合，能够通过静电作用包裹于碳纤维表面形成功能涂层。
5.根据权利要求1所述的一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺，其特征在于，所述S2中对有机塑料板涂胶的材料为聚丙烯水性胶。
6.根据权利要求1所述的一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺，其特征在于，所述S3中的静电植绒设备的参数设置为电压范围为1 KV-100 KV，电流范围为1μA-100μA，植绒时间为10s-30min。
7.根据权利要求1所述的一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺，其特征在于，所述S3中的复合纤维与树脂的比例范围为1%-95%。
8.根据权利要求1所述的一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺，其特征在于，所述S5中热阻仪的参数设置为冷极温度20℃～30℃，热极温度60℃～80℃，压力为30N～50N。
9.根据权利要求1所述的一种具有结构取向的多功能高导热复合树脂的制备工艺，其特征在于，所述S5中的电磁屏蔽能力检测方法采用同轴传输反射法，强度检测采用实验拉伸机，抗击穿电压值采用击穿电压强度测试仪进行测试。
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