[发明专利]一种高分子基绝缘导热复合材料

说明书

本发明公开了一种高分子基绝缘导热复合材料，其特征在于该复合材料内部的连续粒子网络存在高度的取向和高填料层/低填料层有序的交替排布结构。其优势在于，该材料可以通过简单的层厚比的调节以实现粒子密堆砌，以增强粒子间的界面热传导；同时，利用这种特殊的高填充层/低填充层的交替排布结构，可以在保证绝缘性的条件下，将高效的导电导热填料引入到粒子网络中充当主要导体，从而可以大幅提高热导率并赋予材料多功能性；此外，高度取向结构以及低填料层的引入可以有效改善填料网络以及复合材料的力学性能。因此，利用本发明制备的绝缘导热复合材料具有优异的综合性能，且所提出的制备方法简单，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种高分子基绝缘导热复合材料，属于功能复合材料技术领域。

背景技术

随着电子产品向集成化、轻型化、高速化的方向发展，使其局部放热现象尤为严重。通过之前的研究可以看出，电子器件对于温度十分敏感，如工作温度升高10-15℃，便会使其使用寿命缩短两倍及以上(Ceramics International, 2014, 40, 2047-2056)。同时，由于导电性能会造成电子器件接触处的电流泄漏，带来安全隐患。因此，如何制备出具有高效绝缘导热性能且同时满足使用环境下的力学性能的复合材料已经成为重中之重。

相较于绝缘导热填料，导电导热填料具有更高的本体热导率，因此，在保证绝缘性的前提下，将更多的导电导热填料引入到绝缘导热粒子网络中也是提高复合材料最终热导率的重要举措。目前主要是利用表面处理的方法来屏蔽导电导热填料的本体电导率，但该方法会影响导电导热填料的本体高导热性。

在微观机理和结构设计方面，提高绝缘导热复合材料热导率的最有效的方法便是构建连续的粒子网络并提高填料间的相互作用。其中，迫使填料受限分布形成隔离结构是构建连续网络的重要举措，但这种方法在提高导热性能的同时会不可避免地造成材料力学性能的降低。在提高填料间相互作用以降低填料间的界面热阻方面，界面的功能化改性是目前最常用的手段，但由于粒子的形貌、尺寸的不规则性和无规分布性，使得粒子间的接触面积较小，进而使得这种改性方法的效果甚微。因此，如何提高连续密实粒子网路的力学性能并同时增强粒子间的接触力以达到较高的界面热传导，是目前绝缘导热复合材料领域所需达到的重要目标。

发明内容

为了解决上述问题并达到相应目标，本发明利用自主研发的微纳交替多层共挤出设备制备出具有交替多层排布结构的填料网络。需要指出的是，通过挤出过程中的特殊的双向拉伸剪切力场，高填充层中一维或二维填料会沿着流动方向高度取向，从而可以大幅提高复合材料的力学性能。此外，通过调节相邻两层（高填充层与低填充层）间的厚度比例可以显著增强相邻两层中的粒子在界面处的接触力和接触面积，提高填料粒子间的界面热传导，使得导热通路的热传递能力进一步提高。更重要的是，具有更高本体热导率的导电导热填料可以充当高填充层的主要填料，且不受其导电阈渗值的限制，从而可以进一步提高热导率，并赋予复合材料多功能性，比如各向异性导电性以及电磁屏蔽性能等。

本发明的技术原理是两种不同熔体首先经过两台独立的挤出机进入汇流器，层叠成具有上下两层结构的熔体，再通过一系列自主研发的层倍增器，制备成具有多层结构的复合材料。在层倍增器中，熔体首先在垂直于流动方向被分割成大小相等的两部分，并分别进入向上和向下的两个流道。在向前推动的过程中，同时实现双向扩张，最终达到与被分割前相等的宽度时再上下叠合，形成与初始厚度相同的统一体，同时内部的层数也会提高一倍。可以看出，在挤出过程中通过熔体的向前流动和水平扩张便可提供一个双向拉伸力，且凭借这种强烈的双向拉伸力便可实现各向异性填料沿着流动面的完全取向。同时利用两台挤出机不同的转速比调节最终相邻两层的层厚比，并通过这种层间受限压迫作用，制备具有高度取向结构的密实粒子导热网络。

本发明基于上述技术原理，实现其发明目的所采用的技术方案是：