[发明专利]一种高取向连通的BN复合纤维材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高取向连通的BN复合纤维材料的制备方法，选择直径在50‑200nm区间的BN纳米片或BN纳米颗粒，将其加入聚合物溶液得到内芯纺丝液和外壳纺丝液，经同轴定向静电纺丝和机械拉伸处理后得到高取向连通的BN复合纤维材料。本发明制备的高取向连通的BN复合纤维材料提高了BN取向性，形成高取向连通的BN复合纤维材料，其连贯而完善的导热通路，在散热绝缘领域中散热效果更好，取向性更佳，在微电子封装、电气绝缘、LED照明领域有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于复合纤维制备领域，涉及一种高取向连通的BN复合纤维材料的制备方法。

背景技术

氮化硼(BN)是一种优异的类石墨结构的无机高导热绝缘材料，因具有极高的面内热导率、高温稳定性、高绝缘电阻与高击穿强度、低介电常数与低介电损耗、优异的抗氧化性与耐化学腐蚀性等特点，在航空航天、电气工程、微电子器件及冶金工业等领域都具有广泛的应用。

BN/聚合物复合材料具有成本低、无毒环保、操作方便等优势，成为当前高导热绝缘材料中的研究热点，在微电子封装、电气绝缘、LED照明等领域获得了广泛应用。由于BN的导热率具有各向异性，面内方向的导热率远高于厚度方向的导热率，取向排列的BN形成的导热通路具有极高的热导率。因此高效制备具有高取向BN的导热绝缘复合材料仍是一个巨大的挑战。

Zhang等(Zhang X,Shen L,et al.Enhanced thermally conductivity andmechanical properties of polyethylene(PE)/boron nitride(BN)composites throughmultistage stretching extrusion[J].Composites Science and Technology,2013,89:24-28.)通过多级拉伸挤出的方法制备了导热聚乙烯(PE)/BN复合材料，发现经多级拉伸后BN颗粒分散在PE基质中，构建了更多的导热路径，一定程度上提高了PE/BN复合材料的导热性，并且提高了机械性能。但BN颗粒在基体中分布不连续，取向性较差，导热通路不连贯，进而限制了复合材料导热率的进一步提高。

Takahashi等(Takahashi S,Imai Y,et al.Dielectric and thermalproperties of isotactic polypropylene/hexagonal boron nitride composites forhigh-frequency applications[J].Journal of Alloys and Compounds,2014,615(8):141-145.)发现在注射成型的BN/PP(聚丙烯)试样中，BN取向度远高于热压法的试样，热导率可达到2.1W/(m·K)。利用机械拉伸的方法可提高BN的取向性，但仍存在BN在基体中分布不连续，导热通路不连贯，极大程度的限制了复合材料导热率的提高。

Shen等(Shen H,Guo J,et al.Bioinspired modification of h-BN for highthermal conductive composite films with aligned structure[J].ACS Appl MaterInterfaces,2015,7(10):5701-5708.)首先对h-BN进行改性处理，经流延挤出得到填料有序排列的复合膜，发现取向排列的h-BN填充物相对于无序结构导致更高的平面内热导率，其导热系数在10vol％h-BN@PDA负载下，高达5.4Wm^-1K^-1。虽然BN取向排列，但其不连续性仍导致导热通路不连贯，影响复合材料导热率的提高。