[发明专利]一种高导热炭纤维树脂基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于树脂基复合材料技术领域。具体涉及一种高导热炭纤维树脂基复合材料及其制备方法。

背景技术

在微电子技术领域，由于电子线路的集成度越来越高，热量的集聚导致器件温度升高，从而导致工作稳定性降低。据统计，电子元器件温度每升高2^oC，可靠性下降10%，温度升高50^oC的寿命只有温度升高25^oC寿命的1/6。因此，为保证电子元器件长时间高可靠性地正常工作，材料的导热和散热能力就成为影响其使用寿命的重要限制因素。

传统的导热物质为：Ag、Cu和Al等金属材料；Al₂O₃、MgO和BeO等金属氧化物；石墨、炭黑、SiC、Si₃N₄、AlN、BN等其它非金属材料（D. D. L. Chung. Materials for thermal conduction[J]. Applied thermal engineering, 2001, 21）。随着工业生产和科学技术的发展，特别是微电子领域电子元器件封装和集成程度的大幅度提高，人们对导热材料提出了更高的要求，希望材料具有优良的缩合性能：如导热率高、质量轻、强度大、易加工成型、可设计性强和耐化学腐蚀等。因此，采用这些传统导热物质作为导热填料与高分子树脂或塑料复合制成的新型导热材料得到了广泛的应用，如“一种高分子导热复合材料及其制备方法”（CN10192489A）、“一种长碳纤维增强高导热高分子复合材料及其制备方法”（CN102477182A）、“高导热塑料及其制备方法”（CN201110137817X）和“一种导热塑料及其制备方法”（CN102746560A）等专利技术，但上述技术制备的材料的室温热导率普遍较低，仅为2~10W/m·K。

发明内容

本发明旨在克服已有技术不足，目的是提供一种制备工艺简单和重复性好的高导热炭纤维树脂基复合材料的制备方法，用该方法制备的导热炭纤维树脂基复合材料不仅高定向高导热，且沿纤维长度方向的电学性能和力学性能得到明显改善。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：采用中间相沥青基炭纤维为导热增强材料，采用高分子树脂为基体材料，中间相沥青基炭纤维的体积填充率为10~60%。

先在中间相沥青基炭纤维长丝表面均匀涂覆高分子树脂，然后在模具内单向铺排或十字正交铺排，再浇注成型或热压成型，制得高导热炭纤维树脂基复合材料。

所述中间相沥青基炭纤维是采用熔融纺丝工艺成纤，经预氧化、炭化和石墨化热处理制得；中间相沥青基炭纤维的截面形状为圆形或为带状。

所述所述高分子树脂为液态ABS树脂、或为液态环氧树脂、或为液态酚醛树脂；液态ABS树脂是ABS树脂溶于丙酮后的溶液，ABS树脂与丙酮的质量比为1﹕（4~6）。

所述涂覆的方式为浸渍、或为喷涂、或为涂刷。

所述的浇注成型的温度为50~200^oC，时间为3~24h。

所述的热压成型的温度为80~250^oC，压力为0.1~2MPa，保温保压1~12h。

由于采用上述技术方案。本发明与现有技术相比具有以下积极效果：

1、本发明采用高导热（室温轴向热导率高达800W/m·K以上）中间相沥青基炭纤维长丝为导热增强材料，通过控制工艺实现其在树脂基复合材料中的定向铺排，能大幅度提高所制备的复合材料沿纤维长度方向的热导率，同时改善所述复合材料的电学性能和力学性能，从而进一步拓宽其应用领域。

2、本发明采用在中间相沥青基炭纤维长丝表面均匀涂覆高分子树脂，再浇注成型或热压成型，制备工艺相对简单和重复性好，实现了中间相沥青基炭纤维在高分子树脂中的均匀分散和整体取向排布。

3、本发明所制备的高导热炭纤维树脂基复合材料的内部炭纤维具有高度定向排列结构，沿纤维长度方向的热扩散系数和热导率随炭纤维填充量的不同可以在50~400mm²/s和80~500W/m·K的范围内调控。通过中间相沥青基炭纤维长丝单向铺排或十字正交铺排的择优取向处理，使所制备的复合材料具有一维或二维高定向高导热的特点。

因此，本发明的制备工艺简单和重复性好，所制备的复合材料具有高定向高导热的特点，且沿纤维长度方向的电学性能和力学性能得到明显改善。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对其保护范围的限制。