[发明专利]一种聚合物基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子复合材料制备技术领域，特别涉及一种采用不同形状的金属作为填料的聚合物基复合材料及其制备方法。

背景技术

导热材料广泛应用于换热工程、采暖工程、电子信息工程等领域。长期以来，普遍选择金属材料作为导热材料使用。由于金属材料的抗腐蚀性能差而限制了其应用范围。为了提高金属的抗腐蚀能力，采用了合金技术、防腐涂层技术等，却大大降低了其导热能力。近些年来，一些对材料导热性能有较高要求的领域如换热工程、电磁屏蔽、电子信息、摩擦材料等，以导热聚合物为基材，已引起研究者的注意。但是，聚合物的导热系数小，要拓展其在导热领域的应用，提高导热性能是技术关键。

金属材料填充型聚合物基导热复合材料具有良好的导热性能。世界上许多大公司、研究机构，如:美国杜邦公司、IBM公司、宾夕法尼亚大学、日本三菱主体化学公司、德国BASF公司等都进行了这方面的研究及产品开发，并已取得很大进展。

经文献检索，尚未发现有和本发明雷同的文献和专利，检索到的一些与本发明相关的文献和专利，主要是以表面钝化层的铝粉为填料复合提高材料的介电性能的报道，没有发现改变金属填料形状提高复合材料热导率及介电性能的任何报道。以下是申请人检索到的与本发明相关的参考文献和专利：

1.J.W.Xu,C.P.Wong,Appl.Phys.Lett.87,082907(2005)；

2.汪宏，周永存，向锋，李可铖，喻科，陈惠如，聚合物基复合材料及其制备方法，申请号：201110054346.6申请公布号：CN 102181168A。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚合物基复合材料及其制备方法，该方法通过改变填料形状提高了所制备的聚合物基复合材料的热导率及介电性能。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。

一种聚合物基复合材料，该复合材料按体积分数由1～50%的金属填料与50～99%的聚合物基体组成，所述金属填料包括金属钝化颗粒以及纤维状金属或片状金属，金属钝化颗粒与纤维状金属或片状金属的质量比为1∶1。

所述金属钝化颗粒包括微米粒径的金属钝化颗粒与纳米粒径的金属钝化颗粒，微米粒径的金属钝化颗粒与纳米粒径的金属钝化颗粒的体积比为5～30∶1，微米粒径的金属钝化颗粒的直径为1～19μm，纳米粒径的金属钝化颗粒的直径为10～90nm，纤维状金属的长度为3mm、直径为50μm～1mm，片状金属的面积为3～5mm×3～5mm、厚度为1～9μm。

所述金属钝化颗粒是将具有钝化性质且导热、导电等性能优良的金属如Al、Fe、Cr、Mo、Ni、Co、Ta、Nb或W等的粉体利用强氧化剂氧化法或空气加热氧化法钝化后制备而成，强氧化剂为浓硫酸、硝酸、氯酸、碘酸、重铬酸钾或高锰酸钾等，纤维状金属或片状金属采用铝、铜、铁或银制备。

所述聚合物基体为具有良好介电性能的聚合物材料，如聚偏二氟乙烯(PVDF)或其共聚物（[P(VDF-TrFE)]，[P(VDF-TrFE-CFE)]），聚丙烯(PP)，聚乙烯(PE)，聚丙烯甲基酸甲酯(PMMA)，环氧树脂(Epoxy)或聚酰亚胺(PI)等。

所述金属填料与聚合物基体的复合方法包括粉末共混法、溶液法或热压法等。

一种制备上述聚合物基复合材料的方法，包括以下步骤：

步骤一：将金属粉体分别破碎为微米金属粉体和纳米金属粉体；

步骤二：将微米金属粉体和纳米金属粉体利用空气加热氧化法分别进行钝化，得到微米粒径和纳米粒径的金属钝化颗粒；

步骤三：采用机械切削制备长度为3mm、直径为50μm～1mm的纤维状金属或者制备面积为3～5mm×3～5mm、厚度为1～9μm的片状金属；

步骤四：将微米粒径和纳米粒径的金属钝化颗粒分别浸入有机溶剂中，然后加入有机溶剂质量1～2.5%的偶联剂，加入偶联剂后超声处理使金属钝化颗粒表面均匀的包覆一层偶联剂，超声处理后进行干燥蒸发去除有机溶剂；

步骤五：经过步骤四后将微米粒径和纳米粒径的金属钝化颗粒按照5～30∶1的体积比混合，称取与混合后的金属钝化颗粒等质量的纤维状金属或片状金属；

步骤六：经过步骤五后将混合后的金属钝化颗粒与聚合物基体混合均匀得混合物，将混合物与纤维状金属或片状金属复合后放入模具中热压成型即制得聚合物基复合材料。

所述金属粉体为铝、铬、镍、铁或钼的粉体，所述空气加热氧化法的步骤为：向金属粉体中通入氧气，然后于120℃下干燥3～5小时。

所述有机溶剂为无水乙醇，偶联剂为硅烷偶联剂。