[发明专利]一种高导热绝缘环氧树脂复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于导热绝缘复合材料技术领域，公开了一种高导热绝缘环氧树脂复合材料及其制备方法，本发明制备的复合材料包括环氧树脂100份，固化剂20～30份，无机填料5～35份，稀释剂10～20份，其中无机填料为改性氮化硼和改性碳纤维的混合物。此外，本发明还公开了所述复合材料的制备方法。本发明制备的高导热绝缘环氧树脂复合材料具有优异的导热性能和电绝缘性，在低填料含量（18.71 wt%）下达到1.505 Wm^‑1K^‑1的热导率和3.25E+11Ω·cm的体积电阻率，在化工中热交换器等要求导热的领域以及LED照明、电子封装等要求导热绝缘的领域表现出巨大的应用前景。

技术领域

本发明属于导热绝缘复合材料领域，具体涉及一种高导热绝缘环氧树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

随着5G、消费电子、LED照明、航空航天技术的快速发展，新型器件、装备的功率密度和热流密度不断增加，积热过多不仅会严重威胁器件性能及稳定性，还会大大降低设备寿命。采用导热性能优异的材料将热量快速疏导至外部是解决这一问题的重要途径。由于低成本、易加工、绝缘型性能优异等特点，高分子材料在众多领域中获得了广泛的应用，但聚合物固有的低热导率（＜0.5 Wm^-1K^-1）限制了其在热管理领域中的应用。

向聚合物中添加导热性能优异的无机和金属填料是提高聚合物的热导率的常用方法，但通过添加填料来提高聚合物热导率往往理论值相去甚远，原因主要是填料与聚合物之间相互作用力较弱，使填料不能均匀地分散并且使填料与聚合物之间存在极大的热阻。此外，若要得到高热导率的聚合物复合材料需添加大量的填料，而填料的大量添加会导致成本的增加、材料的力学性能和加工性能下降，如何在低填料含量下得到高导热聚合物复合材料仍是一个巨大的挑战。

发明内容

针对现有技术中存在的问题和不足，本发明的目的在于提供一种高导热绝缘环氧树脂复合材料及其制备方法。

基于上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种高导热绝缘环氧树脂复合材料，主要由以下重量份数的原料组分制成：环氧树脂100份，固化剂20～30份，无机填料5～35份；所述无机填料为改性氮化硼和改性碳纤维的混合物。

优选地，所述改性氮化硼为六方氮化硼经硅烷偶联剂改性后制得；所述改性碳纤维为碳纤维经聚多巴胺改性后制得。

优选地，所述改性氮化硼的制备步骤具体为：将氮化硼加入水解后的硅烷偶联剂溶液中分散均匀，加热至91～95℃搅拌反应6～8h，洗涤后干燥，得到改性氮化硼；所述硅烷偶联剂的加入量为氮化硼质量的1%～15%。

更加优选地，改性氮化硼过程中所述分散为超声分散30min，所述干燥温度为60℃。

更加优选地，所述水解后的硅烷偶联剂溶液的制备步骤具体为：将硅烷偶联剂加入95%的乙醇水溶液中，再加入甲酸调节pH至3～5，搅拌15min后得到水解后的硅烷偶联剂溶液。

优选地，所述改性碳纤维的制备步骤具体为：用Tris缓冲液配制盐酸多巴胺溶液，将碳纤维加入盐酸多巴胺溶液中分散均匀，在50℃搅拌反应6～24h得到反应产物A，将反应产物A洗涤、离心后干燥得到改性碳纤维；所述碳纤维与盐酸多巴胺的质量比为1∶（0.8～10）。

更加优选地，改性碳纤维过程中所述分散为超声分散30min，所述干燥温度为60℃。

更加优选地，所述Tris缓冲液浓度为10mmol/L，pH为8～9；所述盐酸多巴胺溶液浓度为0.25～2g/L。

更加优选地，所述的改性六方氮化硼的尺寸为3～35μm；所述的改性沥青基碳纤维的长度尺寸为30～300μm。

优选地，所述无机填料中改性氮化硼和改性碳纤维的质量比为（2～10）∶（5～20）。