[发明专利]具有三维导热结构的有机硅复合材料

说明书

本发明涉及一种导热性有机硅复合材料，其包含有机硅基体和包埋于所述有机硅基体中的有机网络结构体，其中所述有机网络结构体上负载有导热性填料；以及还涉及一种制备该导热性有机硅复合材料的方法。通过本发明的有机硅复合材料，在大幅降低高导热率填料的添加量的同时改善导热性能并提高导热稳定性和实现可控的导热结构。此外，该复合材料还能保持有机硅复合材料应有的良好的加工性能与机械性能。

技术领域

本发明属于复合材料制备与应用技术领域，涉及一种导热性有机硅复合材料以及制备这种有机硅复合材料的方法。

背景技术

作为一种高弹性的有机高分子材料，有机硅材料具有优异的柔韧性、耐候性、耐高低温性、抗疲劳性、良好的耐磨耗性等优点，在航空、航天、汽车、建筑、仪表、电子、电气等领域都有广泛的应用。随着科技的不断进步，特别是高功率电力电子器件的开发，人们对有机硅材料的导热性能要求也越来越高。然而，作为高分子材料的有机硅材料，其本身具有非常低的导热性能，因此提高有机硅材料的导热率显得尤为重要。改善导热性之后的有机硅材料已成为电子器件热管理中一种关键材料，作为热界面材料被广泛应用于电子器件的散热。

目前提高有机硅材料导热率的主要方式是通过向有机硅基体中添加无机的高导热率填料，制备复合材料来提升整体导热率。常用的高导热率填料有金属及其金属氧化物、氮化物、碳化物以及碳纤维、碳纳米管、石墨烯等碳材料。该类复合材料通常是通过将高导热率填料与有机硅基体材料共混而制备。所制备的复合材料的导热性主要依赖于有机硅基体的分子链振动、晶格振动与无机填料晶格振动的综合作用来提升。如果无机物填料的填充量较小，则填料在有机硅基体中处于相互隔离的分散状态，填料相互之间没有直接接触和相互作用，因此复合材料的整体导热率提高非常有限。如果向有机硅中加入大量的无机填料，那么虽然通过在复合材料中形成链状和网状的导热通路能够大幅改善有机硅复合材料的导热性，但是高的填料添加量一方面往往会牺牲有机硅材料良好的加工性能以及其机械力学性能，常常也大大地增加了复合材料的制备成本。

另外，在由上述共混方法制备复合材料的过程中，所采用的高导热率填料一方面通常可以是颗粒状的材料。而另一方面，在同等填料添加量下，若采用高长径比的诸如片状或线状的填料，则会因为彼此之间更容易受到有机硅高分子材料的阻隔，从而导致高的界面热阻，严重限制了复合材料整体导热性能的提升。此外，共混制备的复合材料难以实现对填料在有机硅材料基体中的微观分布有效控制，导致制备的复合材料的导热性能具有不稳定性等问题。

发明内容

因此，本发明的目的就是针对上述现有技术中高导热率有机硅复合材料中存在的问题而提出一种新型的导热性有机硅复合材料及其制备方法。通过该种新型的导热性有机硅复合材料应当在大幅降低高导热率填料的添加量的同时改善导热性能并提高导热稳定性和实现可控的导热结构，从而扩大其在电子器件的散热领域中的应用。此外，该复合材料还能保持有机硅复合材料应有的良好的加工性能与机械性能。

本发明的第一个方面涉及一种导热性有机硅复合材料，其包含有机硅基体和包埋于所述有机硅基体中的有机网络结构体，其中所述有机网络结构体上负载有导热性填料。

在本发明范畴内，所述有机网络结构体是一种由有机材料构成的三维网络状的结构，其能形成稳定的微观导热网络通路。此外，这样的有机网络结构体还应当能够易于高导热率填料的负载。

根据本发明，这样的网络结构体有利地具有多孔结构，并且例如可以优选选自聚氨酯、有机硅、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、酚醛树脂，更优选选自聚氨酯海绵或有机硅泡沫。

在本发明的一个有利的实施方式中，所述有机网络结构体的含量为50重量％以下，优选40重量％以下，更优选20重量％或10重量％以下，基于整个复合材料计。