[发明专利]各向异性导电导热聚合物复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于高分子材料领域，涉及一种各向异性导电导热聚合物复合材料及其制备方法。本发明提供一种导电导热聚合物复合材料，所述复合材料由聚合物基体和二维导电导热填料通过多熔体多次注射成型法制得；其中，二维导电导热填料均匀分散在聚合物基体中，所述二维导电导热填料在复合材料内与注射流动方向和横向方向所组成的平面平行，沿法相方向呈多层平面取向结构；所述横向方向与注射流动方向线垂直，所述法相方向垂直于注射流动方向与横向方向组成的平面。本发明所得复合材料兼具各向异性导电性及各向异性导热能力，并且其制备方法简便易行可连续大规模生产。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，尤其是一种各向异性二维导电导热功能化聚合物复合材料及其制备方法。

背景技术

随着信息技术的飞速发展，具有前端摩尔定律的电子器件，其散热问题受到越来越多的关注，因而单向导电及散热性能功能化材料在电子技术领域中的需求日趋强烈。添加导电导热填料(如炭黑，碳纳米管等)的聚合物复合材料由于具有低成本、质轻、易于加工调控、高性能等优点而越来越多地被用到电子器件的电传导及散热问题解决上。为满足电子器件的单向导电及散热需求，制备具有各向异性二维结构的聚合物基单向导电导热复合材料的研究是当下的热点。目前制备满足于单向导电及各向异性散热功能的带有取向二维结构的聚合物复合材料的方法一般有：1.在聚合物溶液中利用分子间作用力、磁场、电场等外力作用下构筑二维无机填料的平面多层(layer-by-layer)结构(如ACS appliedmaterials and interfaces 2017,9(3),2924-2932及专利申请CN107880489A)；2.通过特殊的液态金属在聚合物基体中取向复配构筑单向导热导电通路(如Advanced materials2017,29(41),1703331及专利申请CN107325542A)。但这些方法的缺陷在于成本高，产率低，无法实现连续大规模工业化。

而带有导电导热性能的二维片状材料(如石墨烯纳米微片(Graphenenanoplatelet，GNP)，石墨烯(Graphene)，层状陶瓷金属化合物微片(MAX)等)通常具有较大比表面积，优异导电导热性能及力学性能，被直接加入到聚合物基体中进行共混并形成取向结构，有望直接制备出结构简单具有单向导电导热结构的聚合物基复合材料；因此，以简单的传统聚合物熔体加工方法为基础，开发出新型的带取向二维填料结构的各向异性导电导热聚合物复合材料势在必行。名称为“一种聚乙烯/聚丙烯/碳纳米管(CNT)超薄注射成型复合材料及其制备方法”(Feilong Yu et al.Anisotropic multilayer conductivenetworks in carbon nanotubes filler polyethylene/polypropylene blendsobtained through high speed thin wall injection molding.Polymer 54(2013)6425-6436.)的文献中公开：首先将CNT与PE进行熔融共混制备成含11wt.％质量分数的PE/CNT共混物母料，再将母料稀释为CNT含量3,5,7,9wt.％的PE/CNT共混物并造粒；其次将所得粒料与PP按照质量比3:7,5:5,7:3的比例熔融共混得到不同CNT含量的PE/PP/CNT共混物；最后将所得不同CNT含量的PE/PP/CNT共混物通过超高速注射机注射进入超薄型腔中(厚度0.4mm)得到具有含CNT的PE与PP交替排列的多层状结构。该技术解决的第一个问题是：利用两相聚合物的先后混合以及CNT在其中的选择性分散，成功制备了CNT只在PE中选择分布的PE/PP/CNT共混物，降低了导电粒子CNT的用量；该技术解决的第二个问题是：利用超薄型腔及超高速注射成型中的强烈剪切获得了带有layer-by-layer的多层单向导通结构的注射成型复合材料；相比于简单的压制成型，狭窄的型腔以及超高速的注射速度极大地增加了共混物熔体进入型腔时所受到的拉伸剪切应力，使得含CNT的PE分散相沿流动方向被拉伸为片状排列在PP中，形成PP层与CNT/PE取向层状交替排列的结构，同时具有良好的电磁屏蔽性及各向异性导电性。