[发明专利]一种柔性高导热聚合物纳米复合膜及制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性高导热聚合物纳米复合膜，采用h‑BN导热填充剂，以HDPE为基体；其制备是：将h‑BN与HDPE经过物理预混合后，经过双螺杆挤出机熔融共混以增加h‑BN在HDPE中分散性，利用单螺杆挤出机对h‑BN‑HDPE复合材料进行挤出并冷却拉伸制片；最后对该复合材料进行热拉伸处理诱导层状h‑BN在HDPE中取向。其中，填充剂的含量决定其柔性和导热性能，而填充剂的含量又取决于其在聚合物基体中的分散性。本发明制备的聚合物纳米导热复合膜具有超高的导热率、散热能力佳、柔性佳、可大批量生产、综合性能优良，可制成各种元器件，在电子封装领域、LED照明系统、汽车以及航空航天等行业中具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种具有超高导热率的柔性聚合物纳米导热复合膜的配方和加工制备方法，尤其涉及一种高分散层状氮化硼填充的二元导热聚合物纳米复合材料的制备及其薄膜的加工制备方法。

背景技术

随着微型化、集成化、轻量化和数字化工业电子设备的快速发展，对电子设备的散热性能的要求也越来越高，尤其是在航空航天领域，对电子设备塑封材料的轻质化、电绝缘性、力学性能以及散热性能的要求特别严格。作为传统的导热材料，金属材料由于其导电性在某些领域中的应用受到一定的限制，因此，研究开发新型的轻质、柔性且电绝缘导热材料成为当前航空航天领域的主要热点之一。

聚合物基复合材料因具有电绝缘、质轻、耐腐蚀、易加工等优点而被认为是可取代金属材料用于热控制领域的理想材料之一。然而，由于聚合物自身的导热性能不佳，其导热率在0.1W/m·K左右，无法满足工业用高导热材料的要求。为获得高导热聚合物材料，目前常用的方法是在聚合物基体中添加大量高导热的粒子，如专利文献CN1775860A《注射成型的导热绝缘塑料》、CN101280109A《一种抗静电导热塑料》、CN101280108A《一种高机械强度的绝缘导热塑料》和CN106009445A《一种导热聚合物纳米复合材料及其制备方法》等公开了一系列导热塑料的制备，其主要思想是在聚合物基体中添加大量的导热材料来增加聚合物的导热性能。然而这些发明所涉及的导热塑料具有较低的导热率，并且大量导热添加剂的存在极大的恶化聚合物力学性能，尤其会严重降低聚合物的塑性和韧性，导致无法满足其在热扩散领域应用的性能要求。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种六方层状氮化硼增强高密度聚乙烯的柔性高导热聚合物纳米复合膜的制备方法，为多性能聚合物基高导热复合材料的制备提供新思路和新方法，为掌握多功能聚合物基导热复合材料的导热原理提供新的理论和实验依据。本发明主要采用目前在材料领域内较先进的单、双螺杆共混熔融技术进行原位剥离六方层状氮化硼使其均匀的分散到HDPE基体中，最后利用热拉伸技术对该复合材料进行拉伸成膜，具有安全性好、成本较低、易于控制等诸多优点。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种柔性高导热聚合物纳米复合膜，采用六方层状氮化硼为导热填充剂，以高密度聚乙烯为基体，其制备方法的具体步骤如下：

步骤一、将六方层状氮化硼与高密度聚乙烯按照质量比为0.1％-30％，经过物理预混合后，再经过双螺杆挤出机对混合物进行熔融共混，以增加六方层状氮化硼在高密度聚乙烯中的分散性；造粒后得到氮化硼与高密度聚乙烯复合材料颗粒；

步骤二、利用单螺杆挤出机对氮化硼与高密度聚乙烯复合材料颗粒进行挤出并冷却拉伸制片，得到厚度为0.5-5mm的聚乙烯氮化硼薄片；

步骤三、对聚乙烯氮化硼薄片进行单向热拉伸处理，诱导六方层状氮化硼在高密度聚乙烯中取向，拉伸条件是：快速升温到170℃，恒温6-10min，快速冷却到120℃，拉伸比为1～5，

拉伸温度为120℃，拉伸比为1～5，最终获得厚度为0.1～1.0mm的柔性高导热聚合物纳米复合膜。

进一步讲，本发明所述的制备方法的步骤一中，六方层状氮化硼与高密度聚乙烯的质量比优选为5％～15％。步骤二得到的聚乙烯氮化硼薄片的厚度为1mm。