[发明专利]一种苯并唑类聚合物纳米纤维基绝缘导热高分子复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种苯并唑类聚合物纳米纤维基绝缘导热高分子复合材料及其制备方法和应用。复合材料包括：苯并唑类聚合物纳米纤维、以及通过π‑π作用与苯并唑类聚合物纳米纤维复合的导热填料；导热填料与聚苯并唑类聚合物纳米纤维的质量比为50:100‑100:1；绝缘导热高分子复合材料层间具有单轴取向结构；绝缘导热高分子复合材料的面内导热系数为46W m^‑1K^‑1以上；绝缘导热高分子复合材料同时具备的面间导热系数为6W m^‑1K^‑1以上。本发明使用苯并唑类聚合物纳米纤维作为复合材料的原料，能使导热填料最大化重叠面积，从而提供更多的导热连接点，使复合材料具有高热导率。

技术领域

本发明属于绝缘导热高分子复合材料领域，特别涉及一种苯并唑类聚合物纳米纤维基绝缘导热高分子复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着信息科学与通信技术的快速发展，电子器件不断向微型化、集成化发展，如何提高电子器件散热效率成为研究的重点。金属因具备高导热、良好的加工性而在散热元件中被广泛使用，但较差的绝缘性以及较低的耐腐蚀性限制了其使用。与传统的金属导热材料相比，高分子基导热材料具备电绝缘、更易加工、密度低、耐腐蚀、价廉等优点，是新一代导热材料开发的重点。但对于通用高分子来说，其往往存在使用温度低、易蠕变、耐候性差，以及高填料在带来导热性能提升的同时也带来了难加工、强度低等缺点。高分子基导热材料不能满足极端环境(如高温)下的导热需求。

聚苯并唑类高分子是一类高结晶度、机械强度高、热稳定性优异和具备出色阻燃性的特种高分子。其使用温度、抗蠕变性、耐候性等均在通用高分子之上，具有更广阔的应用前景，尤其适用于极端环境下的应用。但含有聚苯并唑类高分子的导热复合材料制备方法繁琐，存在制备时间长、成本高等缺点。比如论文(Zhao,et al.Nanoscale,2016,8,19984)中公开以聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)无定型树脂为基底，以热还原石墨烯(TRG)为填料成功制备出高导热、高强度的复合材料。制备时不但占用大量时间合成PBO前驱体、还需共混、长时间加热挥发溶剂、长时间的后处理等多个步骤，最终才得到目标产物。该方法得到的复合材料存在填料导热通路相对较少，工艺复杂，后处理时间长，实验环境要求苛刻等诸多不足。

发明内容

本发明提供一种绝缘导热高分子复合材料，其包括：苯并唑类聚合物纳米纤维、以及通过π-π作用与所述苯并唑类聚合物纳米纤维复合的导热填料；

所述导热填料与所述聚苯并唑类聚合物纳米纤维的质量比为50:100-100:1，例如为(70-99):1，示例性地，质量比为50:1、60:1、70:1、80:1、90:1、95:1或99:1；

所述绝缘导热高分子复合材料层间具有单轴取向结构；优选地，所述绝缘导热高分子复合材料的层间结构基本如图1中右图所示；

所述绝缘导热高分子复合材料的面内导热系数为46W m^-1K^-1以上，例如为49W m^-1K^-1以上，优选为49-60W m^-1K^-1，示例性为46、49、50、51或60W m^-1K^-1；

所述绝缘导热高分子复合材料同时具备的面间导热系数为6W m^-1K^-1以上，例如为6-10W m^-1K^-1，示例性为6、7或8W m^-1K^-1。

根据本发明，所述绝缘导热高分子复合材料具备电绝缘性能。本发明中，由于材料的电绝缘性是通过声子传热的，不同于现有技术中普遍公开的电子方式传热，应用范围更广。

根据本发明，所述绝缘导热高分子复合材料在高温(700℃)火焰下燃烧30min后仍保持结构完整性，UL-94垂直燃烧测试为不燃。