[发明专利]一种具有多导热点的星形导热填料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高性能粉末材料制备技术领域，具体涉及一种具有多导热点的星形导热填料的制备方法。

背景技术

金属材料是传统意义上的热的良好导体，在常见的工业产品中大量的金属材料被用来制作导热和散热器件，在满足导热需求的同时也带来了产品外观简单、重量较大，不耐化学腐蚀的缺陷。随着科学技术的进步，人们对导热材料的要求有了进一步的提高，质轻、易加工成型，抗冲击，耐化学腐蚀，耐热疲劳、优良的电绝缘性能和化学稳定性等都是人们对导热材料的新要求。同时集成块、热管、集成电路、覆铜板、航空航天电子设备、电机通讯等一批新兴产业的迅猛发展也提升了人们对导热复合材料的需求。

填料的种类、粒径、形状、形貌、填充的数量、与基体的界面性能等极大的影响了导热复合材料的导热性能。导热填料无论以粒状、片状、还是纤维状存在，导热性能都比高分子基体本身要高。当导热填料的填充量很小时，导热填料之间不能形成真正的接触和相互作用，这对高分子材料导热性能的提高几乎没有意义；只有当高分子基体中，导热填料的填充量达到某一临界值时，导热填料之间才有真正意义上的相互作用，体系才能形成类似网状或链状的形态——即导热网链。当导热网链的取向与热流方向一致时，导热性能提高很快；当热流方向上未能形成导热网链，会产生极大的热阻，导热性能明显变差。因此，如何在体系内最大程度地在热流方向上形成导热网链成为提高导热高分子材料导热性能的关键所在。

当前，科研人员已深刻认识到使用不同形态、粒径的填料进行混杂能实现导热网链的形成，能有效的提升聚合物复合材料的热导率，提高热导率的关键在于形成了大量的导热网链。专利CN 101568599给出了一种利用不同长径比的填料混杂填充的导热复合材料，专利CN 101225231给出了一种利用不同粒径大小的填料混杂填充的导热材料，专利CN 102070899A给出了一种以片状填料与晶须填料混杂的聚酰胺导热材料，专利CN 102482449A提及使用纤维填料与球状填料混杂的复合材料。

由于纳米颗粒具有小尺寸效应、量子尺寸效应和表面效应等特性，造成大量纳米颗粒在加工过程中团聚在一起，不能很好的分散，使得优异的性能难以展现。纤维状填料在加工过程中会被破碎切断，难以实现架桥的作用。片状填料常以多层堆叠的形式出现，在加工过程中难于出现分层。期望简单的依靠在加工过程中填料的搭接实现杂化，显然存在不确定性。

发明内容

本发明的目的在于研究一种利用碳纳米管、炭黑化学结合的多导热点的星形填料，克服由加工不稳定带来的杂化效率低下的问题。本发明方法用碳纳米管化学接枝在炭黑表面，在炭黑表面形成由碳纳米管形成的导热端，并利用碳纳米管的层间高热导率形成多导热点的星形导热填料。此粒子通过扫面电镜观测到多导热点的星形结构，另在复合材料中应用后发现，填料结构稳定，未发生明显变化。

本发明提供的一种具有多导热点的星形导热填料的制备方法，包括如下步骤：

1） 炭黑、碳纳米管表面处理

将炭黑、碳纳米管表面羧基化处理：选用强酸将炭黑、碳纳米管羧化；

2） 碳纳米管表面接枝及水解处理

用硅烷偶联剂对氧化碳纳米管粉末进行表面处理，在二亚胺类物质的作用下使硅烷偶联剂接枝到碳纳米管表面；

将硅烷偶联剂接枝的碳纳米管在乙醇溶液中水解，使碳纳米管表面带羟基；

3） 星形导热填料的制备及纯化

将水解后带羟基的碳纳米管与表面带羧基的炭黑在二亚胺类物质作用下反应2～6小时；

将制备的粉末在二甲苯中回流，并过滤，除去未反应的炭黑、碳纳米管。

上述步骤1）中，炭黑、碳纳米管的表面处理的方法为，在氮气气氛中，将炭黑、碳纳米管分别用强酸进行氧化处理，炭黑、碳纳米管与强酸的质量比分别为1：10~20和1:5~15，在60~100℃下氧化0.5~4小时；所述炭黑为炉法炭黑、槽法炭黑或热裂解炭黑中的一种；碳纳米管为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管中的一种；使用的强酸为浓硝酸、浓硫酸、浓盐酸或双氧水。

将炭黑、碳纳米管分别用强酸进行氧化后获得的粉末采用乙醇或四氢呋喃或二氯甲烷或二甲苯中回流2～6小时后，收集该氧化粉末。

在将粉末氧化之前，将炭黑、碳纳米管粉末先进行分散处理；该分散处理的方法为：将粉末置于强酸中，再超声处理1～2小时。