[发明专利]高填充量六方氮化硼/聚合物块状复合材料的制备方法

说明书

本发明为高填充量六方氮化硼/聚合物块状复合材料的制备方法，该方法的步骤是：步骤1：将六方氮化硼、聚合物基体加入到研钵中，研磨均匀混合得到六方氮化硼‑聚合物基体混合物；聚合物基体在常温常压下为液态，改变温度和/或压力条件下能固化；步骤2：将步骤1中混合物放入球磨罐，球磨均匀，得到进一步混合和反应均匀的六方氮化硼和聚合物基体发生反应的混合物；步骤3：将步骤2的混合物放入模具中，压制成型，得到其聚合物复合材料的块状成型雏形；步骤4：将步骤3中得到的聚合物复合材料的块状成型雏形进行聚合固化，得到高填充量六方氮化硼/聚合物复合材料的块状材料。复合材料具有超高的力学性能和巨大的热管理应用潜力。

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种高填充量六方氮化硼/聚合物块状复合材料制备方法。

背景技术

散热对于许多重要的应用来说都是一个关键的问题，特别是对于电子、电器设备，如发光二极管(LED)和集成电路，热量的集聚将会导致核心芯片的快速老化甚至是失效。因此，为了保障电子、电器设备的工作效率，延长其安全、正常的使用寿命，旨在开发高性能、高强热传导能力的导热封装新材料及新工艺成为目前学术界和工业界迫切需要解决的关键科学和技术问题。

聚合物复合导热材料由于质轻、易于加工和低成本等众多优点成为目前最先进电子封装工艺的首选材料。但纯聚合物基体的本征热导率偏低(＜0.5W/m·K)，最优化提高其导热性能的方法就是向其内部填充具有高效传导热能力的导热无机粒子，通过在聚合物复合体内形成导热粒子的高声子传输通道，从而有效提高聚合物的热导率。在所有无机填充粒子中，高质量的六方氮化硼是导热性能最好的材料，其热压制品热导率高达～30W/m·K。同时，六方氮化硼具有极高的电阻率，表现为超高绝缘特性，是实现高绝缘型导热封装聚合物复合材料的首选填料。

理论和实验上证明，六方氮化硼(0002)平面堆垛层越少，层间导热性能越好，导热粒子的宏观平均导热性能越好，据研究成果显示单层/少层六方氮化硼纳米片的宏观热导率高达300-3000W/m·K。所以当在聚合物内填充高含量的常规六方氮化硼导热颗粒时，热流沿六方氮化硼(0002)晶面传递需要越过(0002)晶面堆垛很厚的传递路径，由于六方氮化硼层间较差的热传导特性，使得高填充六方氮化硼导热粒子在复合体系中的热传导性能难以明显增高。如果将六方氮化硼导热粒子的堆垛层显著减薄，形成高质量的单层/少层氮化硼纳米片在聚合物内较高比例填充，极大降低热流在六方氮化硼层间的传输，显著提高热传递。所以，在聚合物基体内实现氮化硼纳米片导热粒子的高量填充，能高效增加高声子传输的热流通道，促进复合体系热导率的极大增加。

然而传统上，利用共混复合工艺制备的六方氮化硼纳米片/聚合物复合材料，在增加填充量后通常形成导热粒子的无规填充结构。这种成型模式虽然也能够实现六方氮化硼纳米片的较高质量份数的填充，但是六方氮化硼纳米片颗粒以严重团聚的形式分布于基体内，严重的高内耗“热库效应”导致复合体系的热导率提高不明显，并且随着六方六方纳米片填充量的增加，严重地削弱了其复合体系的力学性能。近年来，虽然开发了真空抽滤成膜技术，成功地将高比例的六方氮化硼纳米片复合到聚合物薄膜型复合材料中，热导率也有不错的提升，但是这种手段不仅繁琐，仅限于制备超薄薄膜型六方氮化硼纳米片/聚合物复合材料，不但限制了复合体系在三维空间的散热效率，而且不利于其大规模工业化的合成和应用。所以，致力于如何在聚合物内高效提高六方氮化硼纳米片的均匀填充密度，是国内外开发高导热、稳健力学型六方氮化硼纳米片/聚合物复合材料所面临的重要瓶颈问题。

发明内容