[发明专利]一种氧化锌晶须/石墨烯纳米片协同改性氰酸酯树脂导热复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导热复合材料，特别涉及一种氧化锌晶须/石墨烯纳米片协同改性氰酸酯树脂导热复合材料及其制备方法。

背景技术

氰酸酯树脂作为一种高性能热固性树脂，其固化物具有优异的耐热性、阻燃性、介电性能以及较低的体积收缩率和吸水率，还具有良好的成型加工性能。目前，氰酸酯树脂已广泛地用于航天航空结构材料、电子封装与电子基板材料等领域。

近年来，随着电子产品呈现高速化、高频化及高密度化的发展趋势，传统的电子封装及基板材料已很难满足电子器件在耐热、绝缘及散热等方面的要求。因此，开发新型电子封装及基板材料已成为电子信息产业发展的关键技术之一。基于氰酸酯树脂所拥有优异的综合性能，已被视为电子信息领域最具应用前景的新一代树脂基体。然而，氰酸酯树脂材料较低的热导率(0.26W/m.K)难以满足现代电子产品的要求，严重制约了氰酸酯树脂在电子封装等领域进一步广泛应用。因此，改善氰酸酯树脂材料的导热性能已成为其应用的关键技术之一。

目前，通过添加导热无机填料提高聚合物热导率是制备高导热聚合物复合材料的重要手段之一。但采用传统的导热填料(如：氮化铝、碳纳米管、氧化铝、氮化硼等)制备聚合物导热复合材料时，通常需要添加较多的填料才能获得比较理想的导热性能，而大量无机填料的加入又往往会使得聚合物复合材料的其它性能(如：加工性、绝缘性能或热稳定性等)明显衰减，从而限制了导热复合材料的应用。当前，有关氰酸酯树脂导热性能的研究较少。Wooster T J等(Wooster T J,Abrol S,Hey J M,Douglas R.Composites:Part A,2004,35:75–82)发现SiO₂的加入使得氰酸酯复合材料的热导率有小幅度上升，但当填料的填充量达到60wt％时，复合材料的热导率仅上升0.4W/m.K，改性效果很不理想。LingW等人采用AlN及AlN-SiO₂改性氰酸酯树脂制备了导热复合材料(Ling W,Gu A,Liang G,Yuan L.Polymer Composites,2010,31(2):307-313)，研究发现当填料的填充体积分数接近50％时，复合材料的热导率才随填料加入量的增大而明显提高。当导热填料的体积分数较小时，复合材料的热导率提高幅度并不显著。

发明内容

为了解决现有技术中氰酸酯树脂材料导热性能较差的问题，提供一种氧化锌晶须/石墨烯纳米片协同改性氰酸酯树脂导热复合材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本实发明采用如下技术方案：

一种氧化锌晶须/石墨烯纳米片协同改性氰酸酯树脂导热复合材料，其原料组分包括氰酸酯树脂100份、无机填料10～50份和改性剂2.0～7.5份，所述无机填料包括质量比为(2:1)～(1:10)的氧化锌晶须和石墨烯纳米片，所述改性剂为2,2ˊ-二烯丙基双酚A，所述份数为质量份数。

申请人经研究中发现，将氧化锌晶须和石墨烯纳米片共同用于改性氰酸酯树脂的导热性能，能够产生协同效应，有利于在树脂基体中形成更有效的导热网络，从而降低导热填料的填充量，避免因填料的大量添加而导致复合材料的热稳定性、电绝缘性能等过度衰减的问题。

为了进一步提高氰酸酯树脂复合材料的导热性能，同时保证复合材料的热稳定性、电绝缘性能等，所述氧化锌晶须为通过硅烷偶联剂改性的四针状氧化锌晶须，所述硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷烷或γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。

上述改性氰酸酯树脂导热复合材料的制备方法，优选，包括顺序相接的如下步骤：

(1)将氰酸酯树脂和2,2ˊ-二烯丙基双酚A，加热融化，并搅拌均匀；

(2)将步骤(1)所得物料升温至100～110℃，加入氧化锌晶须，搅拌15～30min，再加入石墨烯纳米片，搅拌15～45min；

(3)将步骤(2)所得物料升温至120～140℃，并保温30～180min；

(4)将步骤(3)所得物料置于130～150℃下真空排除气泡，然后进行固化处理，即得氰酸酯树脂导热复合材料。

上述排除气泡所用装置优选为真空烘箱，固化处理所用装置优选为鼓风干燥箱。

通过上述方法所得到的复合材料导热性能有了显著提升，同时所得复合材料有着优异的热稳定性和电绝缘性能等。