[发明专利]一种填料定向排布的复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种填料定向排布的复合材料及其制备方法，属于新材料及其制备技术领域。该方法首先将片层状填料与有机高分子材料均匀混合，再通过挤压方式实现填料在基体中的有序定向排布，进而制备出所述填料定向排布的复合材料。所制备的复合材料是由片层状填料和有机高分子材料基体组成，片层状填料有序定向排布于有机高分子材料基体中，从而充分发挥填料在特定方向上的性能的优势，因此该复合材料具有优异的性能(如特定方向上的导热性能)、良好的弹性和柔韧性，在导热、导电或电磁屏蔽等诸多领域存在应用潜力。

技术领域

本发明涉及新材料及其制备技术领域，具体涉及一种填料定向排布的复合材料及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展，有机高分子复合材料得到了越来越广泛的应用。与传统的金属材料相比，有机高分子复合材料及具有高分子基体本身所特有的轻质、柔性、耐腐蚀等特点，同时又可以通过添加填料实现导热、导电等功能。传统的有机高分子复合材料一般是将填料颗粒直接混合在硅橡胶等有机高分子材料中制得的复合材料，通过大量填料的添加形成填料紧密堆积的结构来实现相应功能(如导热性、导电性等)。然而，在这些复合材料中，由于填料颗粒一般是杂乱无章地分布在高分子基体中，而且被高分子基体包裹分离开(图1(a))，因此严重制约了填料性能的发挥。大量导热填料的加入不仅增加了成本和重量，而且会使材料的弹性下降、硬度增加，但性能却很难得到明显提升。

在有些应用场合，仅关注材料在某一特定方向的性能(比如导热界面材料)。因此在有机高分子复合材料制备过程中如果能通过一定工艺步骤使一些各向异性的填料在高分子基体中定向分布，充分发挥填料在特定方向的性能优势，可能是一种提升有机高分子复合材料性能的有效手段。

电子元器件的微型化及多功能化对器件的散热性提出了更高的要求。器件的散热问题已成为迅速发展的电信产业面临的技术“瓶颈”。为了减小界面热阻，人们开发了导热界面材料。将界面导热材料填充于接触面之间，可以去除接触界面孔隙内的空气，在整个接触界面上形成连续的导热通道，提高电子元器件的散热效率。

一般来说，片层状的填料的导热性能具有各向异性的特点。例如石墨烯，其平面内(径向)热导率(～5000W/mK)与垂直平面方向(轴向)热导率(～10W/mK)相差悬殊。对于导热界面材料，人们主要关注其垂直于平面方向(轴向)的导热性能。如果能通过一定的工艺步骤实现此类片层状填料在基体中的沿轴向排布(如图1(b)所示)则可以使此类填料的高导热特性得到更充分发挥。从而达到降低填料添加量，显著提升复合材料导热性能的目的。

发明内容

为了解决现有工艺难以实现填料在基体中定向排布的问题，本发明的目的在于提供一种填料定向排布的复合材料及其制备方法，通过简单的挤压工艺实现填料定向排布于复合材料基体中，其填料特定的排布方式使之具有高导热性能，适用于电子器件散热领域。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种填料定向排布的复合材料的制备方法，该方法首先将片层状填料与有机高分子材料均匀混合，再通过挤压方式实现填料在基体中的有序定向排布，从而充分发挥填料在特定方向上的导热性能的优势，进而制备出所述填料定向排布的复合材料；该方法具体包括如下步骤：

(1)将片层状填料和固化剂加入有机高分子材料中，充分混合后使填料在基体中均匀分散，获得混合物料；具体的加料顺序为：先将固化剂加入有机高分子材料中，混合均匀后再加入片层状填料；该步骤中，可利用高速搅拌机、剪切乳化机、捏合机或双辊开炼机中的一种或几种将所述填料、有机高分子基体及固化剂充分混合，保证填料在基体中均匀分散。

(2)利用双辊开炼机对步骤(1)所得混合物料进行挤压，将其挤压为厚度小于0.5mm的薄片状样品，所得薄片状样品中的片层状填料沿薄片状样品所在平面呈定向排布；