[发明专利]一种具备双导热网络的聚酰亚胺复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及纳米复合材料技术领域，提供了一种具备双导热网络的聚酰亚胺复合材料及其制备方法。本发明以聚酰亚胺为导热基体，首先通过冷冻干燥和热亚胺化，将第一导热填料均匀掺杂在聚酰亚胺气凝胶内部，形成第一个导热网络，之后通过真空浸渍将第二导热填料附着在聚酰亚胺气凝胶开放的孔洞表面，形成第二个导热网络，本发明在复合材料中构建的双导热网络连续性好，导热通路更密集，导热效果更佳，可以在导热填料含量较低的情况下实现导热系数的提升，解决了现有的材料存在的弊端，拓宽了聚合物基复合材料在电子封装领域的应用，并且聚酰亚胺气凝胶作为支撑基体，能够使复合材料保持较好的机械性能和热稳定性，满足在高温下长期使用的要求。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料技术领域，尤其涉及一种具备双导热网络的聚酰亚胺复合材料及其制备方法。

背景技术

5G时代的来临，使更多的现代电子元件器件向着微小化和集成化的方向发展。然而设备在运转时逻辑电路会产生大量的热量，较小的空间不利于热量散发，从而严重缩短电子元器件的寿命。研发合适的高导热材料成为电子散热领域亟待解决的问题。高分子材料以其特有的结构、易加工、易改性、密度低的特点成为一种极具潜力的材料。但是高分子聚合物本身导热性不理想(0.1～0.5Wm^-1K^-1)，如何使其具备一定的导热性能以广泛应用于电子领域目前面临的主要问题之一。

在聚合物基导热复合材料的研发上，许多研究人员进行了相关工作。使用导热率高的材料对高分子体系进行填充成为目前制备聚合物基导热复合材料的主要研究手段。中国专利CN 110172168 A公开了一种氨基化碳纳米管/聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法，其具体制备方法是将聚酰亚胺与氨基化碳纳米管分散于极性有机溶剂中得到混合浆料，然后利用拉伸法成膜，热亚胺化后得到氨基化碳纳米管/聚酰亚胺复合薄膜，拉膜法虽然能够控制填料在薄膜中的取向，从而有利于提高薄膜的导热系数，但是这种方法对操作收手法要求严格，不容易大规模实施。中国专利CN 104164784 A中公开了一种将石墨烯涂覆在镀银纤维表面制作复合纤维的方法，所制得的复合纤维具有高导热效率和高机械强度，导热系数较未进行石墨烯涂覆时明显提升。

现有的实验手段或是利用导热填料与聚合物进行共混，在其内部形成导热通路，或是在聚合物表面使用导热填料进行附着。这两种做法存在的缺陷有：1、仅通过共混的方式，需要加入大量的导热填料，填料含量过低则形成的导热通路存在缺陷，导热效果不佳。2、聚合物表面的导热填料仅为简单的附着，对复合材料导热性能的提升作用不显著。因此，亟需研究一种新的方法提升聚合物基导热复合材料的导热性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具备双导热网络的聚酰亚胺复合材料及其制备方法。本发明提供的复合材料在聚酰亚胺气凝胶内部和和外部通道表面均有导热填料附着，形成双导热网络，导热通路密集，导热效果好。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种具备双导热网络的聚酰亚胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚酰胺酸粉末、水、三乙胺和第一导热填料混合，将所得混合浆料冷冻干燥后进行热亚胺化，得到导热填料-聚酰亚胺气凝胶；

(2)将所述导热填料-聚酰亚胺气凝胶在导热填料浆料中真空浸渍后进行热压成型，得到具备双导热网络的聚酰亚胺复合材料；所述导热填料浆料的组分包括第二导热填料、水性增稠剂和水。

优选的，所述第一导热填料和第二导热填料独立地包括石墨、石墨烯、氧化石墨烯、还原石墨烯、碳纳米管、六方氮化硼、氧化铝和氮化铝中的一种或几种。

优选的，所述聚酰胺酸粉末的制备方法包括以下步骤：

将芳香二胺单体、芳香二酐单体和极性有机溶剂混合进行聚合反应，得到聚酰胺酸溶液；

将所述聚酰胺酸溶液倒入不良溶剂中，析出聚酰胺酸纤维状固体；