[发明专利]一种高导热系数的酚醛树脂基高分子材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料化工合成领域，涉及一种具有高导热系数的酚醛树脂基高分子材料的制备方法。

背景技术

金属材料具有机械强度高、导热性好等特点，被广泛应用于电器设备的主体、散热板等元件，但金属材料具有密度大、加工能耗高、环境污染、价格昂贵等不足之处，在许多应用领域逐渐被塑料所代替，尤其是电子电器领域中要求绝缘、散热的环境。近年来，电子元器件和电子设备逐渐向“薄、轻、小”等方向发展，开发具有优良导热性能和机械性能的工程塑料代替金属材料已成为必然发展趋势。

随着现代电子技术的高速发展，电子元件中的电流密度和负载量的不断增加，电器产品在使用过程中所产生的热量必须及时扩散到外界环境中，否则会因局部过热而损坏电子元件，降低使用寿命，甚至引发火灾。因此，在开发导热工程塑料过程中，必须要注意提高其热传导性能，一般来说，导热系数达到或超过3W/m·K的塑料才能满足实际应用的要求。

现有技术中，提高塑料导热性能的方法主要是利用高导热的无机材料，如氮化硼、碳化硅、氮化铝、氧化镁或者铁、铜、铝等金属粉末，采用熔融共混方法对聚合物进行填充改性，这种方法往往需要较高的填充量(一般在80wt％左右)才能在聚合物内部形成导热网链，从而达到较好的导热性能。但是，较高的无机材料填充量对聚合物塑料的成型加工能力和力学性能产生不利影响。林晓丹等(CN1775860A)公开了一种通过添加导热填料注塑成型制备的导热绝缘塑料，其导热率可达3.5W/m·K，但是由于填料比例过大，降低了材料的力学强度。董玉欣等(CN102936410A)报道了一种通过水热合成方法制备的聚酰胺基导热复合材料，其导热率高达14.7W/m·K，其无机导热填料比约为40wt％，该材料同时还具有良好的拉伸强度和抗弯强度。不足之处是制备工艺较为复杂，制备周期较长，生产原料价格昂贵，不利于大规模生产。

通过在聚合物中添加无机导热材料来改善塑料的导热性能，其主要原因在于无机材料容易在塑料中形成导热网链。但是，受无机材料的粒径尺寸、不规则外形等因素的影响，容易在塑料内部形成缺陷或者应力集中点，进而降低塑料的力学性能。纳米颗粒的无机材料具有很多常规材料所不具备的特点，如“小尺寸效应”、“表面效应”、“量子效应”等，被广泛应用于聚合物塑料的改性中，并得到了很好的实际应用效果。在材料的制备过程中，例如熔融共混方法制备聚合物/无机纳米复合材料，很容易造成纳米颗粒的团聚，在基体材料中分散不均匀，从而影响塑料的改性效果。

发明内容

针对现有技术的不足和缺陷，本发明的目的是提供一种以热塑性酚醛树脂为基体材料，通过添加固化剂和无机导热填料纳米微粒，经热压成型，制备出导热性能、力学性能和加工性能优良，生产价格低廉，并适合用作电子电器散热元件的导热复合材料的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高导热系数的酚醛树脂基高分子材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将树脂基体材料、固化剂、无机导热填料按质量比(45～100)：(5～10)：(30～50)分别进行称量配比后，首先将无机导热填料在机械球磨装置中进行球磨、细化，球磨时间不超过3小时；将球磨后的无机导热填料、固化剂加入到酚醛树脂基体材料中，继续球磨混料，时间不超过2小时；球磨结束后得到纳米颗粒均匀混合的酚醛树脂基导热塑料颗粒；

(2)将步骤(1)中所制备的酚醛树脂基导热塑料颗粒加入到开炼机中进行开炼，开炼温度控制在100～150℃，开炼时间为5～15分钟。开炼结束后，得到初步固化的酚醛树脂基导热塑料颗粒；

(3)将步骤(2)中所得到的酚醛树脂基导热塑料颗粒在热压成型模具中，进行热压成型，温度控制在150～160℃范围，压力控制在10～30MPa范围，时间控制在5～10分钟范围，即制备出高导热系数的酚醛树脂基高分子材料。

步骤(1)中所述的固化剂为六次甲基四胺。

步骤(1)中所述无机导热填料包括按照质量配比(10～50)：(5～30)：(5～10)：(5～10)：(1～5)：(1～5)的石墨、金属粉、石英、碳化硅、氮化硼、氧化镁混合组成；所述无机导热填料经球磨后，颗粒尺寸约为100～500纳米。

步骤(1)中所述无机导热填料由按照质量配比(10～50)：(5～30)：(5～10)：(5～10)：(1～5)的石墨、金属粉、石英、碳化硅、氮化硼混合组成；所述无机导热填料经球磨后，颗粒尺寸约为100～500纳米。