[发明专利]一种三维导热针刺毡聚酰胺复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三维导热针刺毡聚酰胺复合材料，其特征在于，其是由短切纤维、氧化石墨烯溶液、尼龙6单体和引发剂制备的三维导热针刺毡预制体、聚酰胺制备而成；三维导热针刺毡预制体、聚酰胺的重量百分比为：三维导热针刺毡预制体5～10％，聚酰胺90～95％。本发明还公开了其制备方法：(1)在短切碳纤维表面引入二维导热增强石墨烯，并借助针刺技术制备三维导热针刺毡预制体；(2)原位聚合制备三维导热针刺毡聚酰胺复合材料。本发明运用针刺毡预制体中短纤维相互搭接的结构特点，利用蒸发自组装引入导热增强石墨烯，构筑三维导热通路，并通过原位聚合制得复合材料。本发明所制得该复合材料，其具有优异的力学和导热性能，可广泛适用于散热领域。

技术领域

本发明涉及一种高分子复合材料及其制备方法，尤其涉及一种三维导热针刺毡聚酰胺复合材料及其制备方法。

背景技术

随着现代电子工业、信息技术产业飞速发展，特别是微电子器件的小型化、密集化以及功率的增加，电子器件的散热问题变得日益重要，因此社会对于高导热散热材料的需求也日益高涨，且与传统的金属散热器相比，导热高分子有质轻、易加工、环保、可再生等诸多优点，因此新一代热塑性导热复合材料有望取代金属成为散热器材料的主体。

纤维增强树脂材料技术比较成熟，是改善树脂性能最常用的方法之一。纤维增强体系的性能受纤维与聚合物之间结合力的控制。单一纤维材料很难实现树脂基复合材料的多功能化，所以目前国内外诸多研究均在探索多填料体系对复合材料多功能化的影响。石墨烯作为一种二维碳纳米材料，具有高导热以及优异的力学性能，这些独特的性质使得石墨烯被认为是一种高效的热界面材料，但要将石墨烯均匀分散在基体材料中存在诸多难度。

尼龙6是一种性能优异的工程塑料，具有优良的力学性能，可广泛应用于汽车、电子电器、机械等领域。然而，和其他高分子材料一样，尼龙6本身的结构决定了其为热绝缘体，从而限制了其在导热材料领域的应用。针对尼龙6导热率低的情况，常用的方法是添加石墨烯、氮化硼等导热填料，以达到提高尼龙导热系数的效果。但较高的添加量往往会导致填料团聚，与高分子材料界面相容性不良也会降低复合材料的其他性能。

现有技术中，申请号为201710251137.8的中国发明专利申请，公开了一种三维石墨烯网络增强尼龙6纳米复合母粒的制备方法，该发明公开了一种三维石墨烯网络增强尼龙6纳米复合母粒的制备方法。该发明包括氧化石墨烯在合成尼龙6的原料水溶液中被还原自组装形成石墨烯三维网络结构，除去三维网络结构中的水，三维网络结构中的合成尼龙6原料预聚、聚合形成三维石墨烯网络增强尼龙6纳米复合材料，破碎、洗涤和过滤得到三维石墨烯网络增强尼龙6纳米复合母粒。该发明石墨烯三维网络结构完整，能起到导热导电通路的作用；石墨烯与尼龙6之间界面作用力强，能充分发挥石墨烯的纳米增强作用。所制备的三维石墨烯网络增强尼龙6纳米复合母粒具有良好的力学、导热和加工性能，同时成本低廉。

但是，该发明的制备方法中，步骤较多、工艺控制复杂；其组分中需要使用具有三维网络结构的石墨烯(石墨烯气凝胶)、且依赖于该石墨烯自身的三维结构，使制得的维石墨烯网络增强尼龙6纳米复合母粒，在力学、导热性能等方面，仍然存在较大的局限性。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于提供一种三维导热针刺毡聚酰胺复合材料及其制备方法，提高树脂与填料界面相容性，将石墨烯均匀分散在基体材料中形成三维结构，使填料可以在塑料填充用增强材料发挥原有的性能，使复合材料的力学、导热性能得到显著的提升。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种三维导热针刺毡聚酰胺复合材料，其特征在于，

其是由短切纤维、氧化石墨烯溶液、尼龙6单体和引发剂制备的三维导热针刺毡预制体、聚酰胺制备而成；

三维导热针刺毡预制体、聚酰胺的重量百分比为：三维导热针刺毡预制体5～10％，聚酰胺90～95％。