[发明专利]一种高导热复合填料及其聚合物基复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种高导热复合填料及其聚合物基复合材料的制备方法，所述复合填料包括片状导热填料和类球形导热填料；所述片状导热填料包覆于类球形导热填料表面。将片状导热填料和类球形导热填料分别进行表面修饰后分散到有机溶剂中加热搅拌，使填料之间因表面带有的可反应基团发生化学反应而产生键接，进而自组装形成片状填料包覆于类球形填料表面的“类芝麻球”结构，这种的特殊结构能够使所制备的导热复合填料在其填充的复合材料中形成高效导热通路，达到添加少量高导热二维片状填料即可显著提高聚合物基复合材料导热性能的目的，可满足制备电子电气设备的导热需求。

技术领域

本发明属于导热复合材料制备技术领域，涉及一种高导热复合填料及其聚合物基复合材料的制备方法。

背景技术

随着电子电气行业朝着高度集成化和高性能化的方向发展，器件单位面积的功率不断提高，伴随而来的发热量也在不断增加。如果电子电气设备长时间处于较高的温度下工作，不但自身的性能会下降，其内部器件也会发生加速老化，导致寿命大大降低甚至直接失效，因此热管理对于电子电气设备显得至关重要。聚合物基导热绝缘复合材料由于具有耐腐蚀、质轻、易加工、电绝缘性能优良等特性而越来越受到行业内的广泛研究和使用。然而，由于聚合物基体本身所固有的导热率低，常见的聚合物材料导热系数在0.1～0.4W·(m·K)^-1之间，因此，目前提高聚合物材料导热系数最常见的方法是通过各种工艺手段将高导热填料引入到聚合物基体中制备填充型导热复合材料。

目前，主要有两类方法来制备填充性导热复合材料：第一类方法是通过无规填充大量的传统导热填料(例如氧化铝、二氧化硅等)，并通过提高填料的填充量来提高导热系数，其优点在于制备工艺简单且传统的导热填料价格低廉，易于工业化大规模生产，其缺点在于传统的导热填料导热系数相对较低，复合材料导热系数的提升有限，且高填料填充量会导致材料的机械性能严重恶化；第二类方法是将的具有高导热系数的先进导热填料(如氮化硼、石墨烯等)引入聚合物基体中，并通过各种方式在复合材料中构建由填料组成的导热网络通路，其优点在于高性能先进导热填料以及其在复合材料中构建的导热通路能够大大提高复合材料的导热率，缺点在于导热网络通路的构建往往需要复杂制备工艺，而且导热填料的载入量必须达到在复合材料中的逾渗阈值才能高效的发挥其导热性能，然而这类填料往往价格昂贵，因此对工业化大规模生产带来的阻碍。

发明内容

本发明的目的在于克服现有填充型导热复合材料制备工艺的不足，提供一种具有高导热性、经济性和易制备特点的导热复合填料及其制备方法，并实现了其在聚合物基导热复合材料中的成功应用。通过对二维片状导热填料和三维类球形导热填料进行表面修饰，使其表面分别带有氨基基团和环氧基基团可反应基团，然后将被修饰过的二维片状填料和三维类球形填料分散混合到有机溶剂中，加热搅拌使两类填料因表面带有的可反应基团发生化学反应而产生键接，进而形成二维片状填料包覆三维类球形填料表面的“类芝麻球”结构，这样的特殊结构使得所制备的复合填料在复合材料中能够形成高效的导热通路，从而达到添加少量高导热二维片状填料即可显著提高复合材料导热性能的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种高导热复合填料，包括片状导热填料和类球形导热填料；所述片状导热填料包覆于类球形导热填料表面。所述高导热复合填料的结构表现为一种“类芝麻球”结构。

优选地，所述的片状导热填料具有高导热系数且结构柔软轻薄，具体选自氮化硼纳米片、氧化石墨烯纳米片和石墨烯纳米片的一种或多种；所述片状导热填料采用表面改性处理后获得。

优选地，所述的类球形导热填料具有三维类球形结构，具体选自Al₂O₃、SiO₂、AlN、MgO、ZnO或金属微球的一种或多种；所述片状导热填料采用表面改性处理后获得。

本发明还提供了一种根据权利要求1所述的高导热复合填料的制备方法，包括如下步骤：