[发明专利]一种超临界二氧化碳辅助的导热复合材料制备方法

说明书

本发明属于高分子化学领域，具体涉及一种超临界二氧化碳辅助的导热复合材料制备方法。本发明包括以下步骤：(1)将热塑性高分子材料、增容剂和导热填料进行混炼得到聚合物熔体；(2)将超临界二氧化碳注入聚合物熔体并浸润进入导热填料内；(3)通过泄压使得超临界二氧化碳汽化形成二氧化碳气体，通过二氧化碳气体的爆破作用使导热填料均匀分散在聚合物熔体内。本发明借助计量泵精确控制流量把超临界二氧化碳从不同注入口注入挤出机内与聚合物熔体进行混炼，超临界二氧化碳起到促进导热填料剥离、插层和分散的效果，增强聚合物分子链与导热填料之间的界面相互作用，从而构筑三维导热通路并降低界面热阻，提高复合材料热导率。

技术领域

本发明属于高分子化学领域，具体涉及一种超临界二氧化碳辅助的导热复合材料制备方法。

背景技术

随着现代电子元器件朝着集成化、微型化和智能化的方向发展，电子设备的散热问题成为阻碍微电子领域发展的一个瓶颈。如何将电子元器件所产生的热量及时排出，已经成为微电子产品系统组装领域的一个重要研究课题。聚烯烃、聚酯等高分子材料因易成型加工和绝缘性能良好等优点而被广泛应用，但由于其低热导率，在某些领域单独使用很难满足散热需求。目前，主要有两种方法提高高分子材料的导热性能，一种是本征法，通过改变聚合物的分子链或分子链分布以获得不同结构，从而提高导热性能；另一种是填充法，通过向聚合物基体中添加高导热填料制成导热复合材料。由于本征法工艺复杂、加工难度大，因此填充型导热复合材料更多的出现在大众视野中。然而，对于填充型导热高分子复合材料，导热填料在树脂基体中的分散状态是决定其导热性能的关键。

溶液共混虽然能取得较好的导热填料分散效果，但需要使用大量有机溶剂，造成环境污染，且不易连续制备复合材料，难以大规模推广应用。熔融共混则不需使用有机溶剂，具有操作简单，生产周期短，可连续批量生产等优点而被广泛应用。而普通的熔融共混难以高效剥离、插层及分散导热填料，导致复合材料热导率提升效果并不明显。研究人员往往需要对导热填料进行有机改性处理以提高分散效果或者是加大导热填料填充量，不仅会造成制备过程复杂化，也会增加生产成本，难以推广应用。

超临界流体(Super Critical fluid，简称SCF)是指温度和压力均高于其临界点的流体，常用来制备成的超临界流体有二氧化碳，氨，乙烯，丙烷，丙烯，水等。物体处于超临界状态时，由于气液两相性质非常相近，以致无法清楚分别，所以称之为超临界流体。CN100493885C公开了超临界流体辅助高分子材料挤出成型机，该挤出成型机还设有超临界二氧化碳流体输送装置，该超临界二氧化碳流体输送装置通过至少一个注气口与料筒连通，从而向料筒输送超临界流体。对比文件1公开了超临界二氧化碳辅助的高分子挤出方法，但只是简单公开了降低粘度，避免高粘度聚合物物料受高剪切作用，并使物料充分塑化，并没有公开导热复合材料的制备，更没有公开导热填料和二氧化碳的相互作用，并没有公开高效分散导热填料，还存在改进空间。

CN104262516A公开了超临界流体原位制备石墨烯/含氟聚合物复合材料的方法，将含氟聚合物单体溶解到超临界流体中，利用超临界流体与聚合物单体同时对石墨进行插层，以超临界流体作为聚合介质引发聚合反应生成氟聚物，促进石墨层间距的显著扩大，在超临界压力的快速泄压过程中插层后的石墨最终被快速地层层剥离，制备得到石墨烯分散良好的含氟聚合物导电导热复合材料。该技术方案虽然使用了超临界流体，但是没有应用于高分子熔体中，还存在改进空间。

综上所述，现有技术还缺乏一种能够高效分散导热填料的超临界二氧化碳辅助的导热复合材料制备方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种采用超临界二氧化碳(scCO₂)辅助熔融共混挤出制备高导热高分子复合材料的方法，使膨胀石墨、氮化硼等导热填料较好的原位剥离、插层与分散在聚合物基体中，其目的在于增强聚合物分子链与导热填料之间的界面相互作用，从而构筑三维导热通路并降低界面热阻，提高复合材料热导率。