[发明专利]一种高绝缘、高导热聚合物基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高绝缘、高导热聚合物基复合材料的制备方法，属于导热复合材料制备技术领域。在发明中选用六方氮化硼纳米片(BNNS)和多壁碳纳米管(MWCNT)作为导热填料，聚乙烯醇(PVA)作为聚合物基体，利用静电纺丝技术使BNNS和MWCNT定向分布在PVA纳米纤维中，再将纳米纤维经层叠后热压制备聚合物基复合材料。凭借MWCNT在BNNS间作为导热桥，能实现复合材料在掺杂较少的导热填料下形成导热通路。制得的聚合物基复合材料导热性好、绝缘性强，在高性能电子器件中具有巨大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及一种高绝缘、高导热聚合物基复合材料及其制备方法，属于导热复合材料制备技术领域。

背景技术

现代微电子器件芯片集成化和高功率已经使电子产品尺寸急剧减小和功率密度不断增加。由此产生的散热问题变得越来越突出，严重影响了电子产品的运行稳定性和使用寿命，也是亟需突破的最重要的技术瓶颈之一。为保证电子元器件能长时间正常稳定运行，及时散热能力显得尤为重要，制备具有高导热系数的材料是解决上述问题的重要途径。与导热系数较高的传统金属和无机非金属材料相比，导热聚合物具有质量较轻、易加工成型和耐化学腐蚀等优点，在导热材料应用领域逐渐广泛应用。然而，由于聚合物的导热系数λ通常较低(0.5W/(m·K))，并不能满足实际应用。因此制备导热型聚合物材料具有非常大的意义及应用前景。

导热型聚合物材料通常是在聚合物基体中加入大量的导热填料形成导热通路来提高复合材料的导热系数，但大量的添加导热填料会降低材料的力学性能。因此，研究如何将导热填料在聚合物基体中定向和选择性分布，使有利于形成相对完整的导热通路是提升复合材料导热性能的关键。

发明内容

本发明解决的主要技术问题是：针对目前高导热聚合物材料需掺杂大量导热填料但导热系数提升效率低，同时造成材料机械性能恶化的问题，提供了一种高绝缘、高导热聚合物基复合材料及其制备方法。本发明以聚乙烯醇(PVA)作为聚合物基体，选用具有与石墨烯相似的二维结构且导热系数高达600W/(m·K)的六方氮化硼纳米片(BNNS)和多壁碳纳米管(MWCNT)作为纳米杂化导热填料，利用静电纺丝技术使BNNS和MWCNT定向分布在PVA纳米纤维中，再将纳米纤维经层叠后热压，制备导热聚合物基复合材料。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

(1)首先将BNNS和MWCNT加入去离子水中，通过超声30min充分分散，然后加入PVA，置于水浴90℃下磁力搅拌2h，混合均匀，制得PVA/BNNS-MWCNT纺丝溶液。

(2)采用溶液静电纺丝法，将纺丝溶液装入纺丝注射器中，滚筒接收器接正压直流电源，针头接负压直流电源，打开微量注射泵推进纺丝溶液前进，纺丝溶液在电场力的作用下拉伸，溶剂挥发，在滚筒接收器上得到前驱体纳米纤维膜。

(3)将得到的纳米纤维膜置于真空干燥箱干燥6h。

(4)干燥后的纳米纤维膜经层叠热压处理。纳米纤维膜经过层叠后放置于已升温至设定温度的压片机两片压板间，压制10min。压片机参数为：上下两片压板温度均为160℃，压力为10MPa。

步骤(1)所述BNNS与MWCNT的质量比为10:1，聚合物溶液的浓度为8.9wt％。

步骤(2)所述纺丝具体参数为：正压为3kV，负压为15kV，推进速度为0.5ml/h，接收距离为12cm，滚筒接收器的转速为500r/min，环境温度为20℃，环境湿度为20％～50％。

步骤(3)所述真空干燥箱温度为60℃。

步骤(4)所述的层叠方式为纤维膜横纵垂直交错放置。

作为本发明的一个实施方案，所述复合材料中导热填料总添加量为15-30wt％，优选20wt％。