[发明专利]一种导热聚酰亚胺绝缘膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种导热聚酰亚胺绝缘膜及其制备方法。首先以三聚氰胺为前驱体制备了具有高导热率且电绝缘的二维氮化碳纳米片；然后将上述氮化碳纳米片引入到聚酰胺酸溶液中并均匀混合；最后将上述分散液转移到平面板上，通过固化和亚胺化处理得到了导热聚酰亚胺绝缘膜，其中，氮化碳纳米片在聚酰亚胺膜内以层层铺设的方式排布。本发明不仅提供了一种简单的工艺路线来实现纳米片层材料在聚酰亚胺膜中的面内排布，所得聚酰亚胺绝缘膜具有优异的热稳定性、柔韧性、电绝缘性以及低的热膨胀系数，在电子器件的热管理领域有很高的应用价值。

技术领域

本发明属于聚酰亚胺纳米复合膜技术领域，尤其涉及一种导热聚酰亚胺绝缘膜及其制备方法。

背景技术

随着电子产品朝着多功能，小型化甚至可弯曲方向的发展，这就对其内部的电子元器件提出了更高的要求，主要表现在尺寸缩小，高的集成度和高的功率密度。然而，如此高的封装级功率密度将会导致单位面积热通量的迅速增加从而引起严重的热积累问题造成材料老化，功能失常，可靠性降低甚至元器件的损坏。此时有效的热管理对电子器件的正常工作和长期稳定性而言至关重要。聚酰亚胺膜因其优异的耐高低温性能，电绝缘性能，尺寸稳定性以及低的热膨胀系数和介电常数，已经被广泛用作柔性基板材料在电子封装领域。然而作为绝热材料(热导率≈0.2Wm^-1K^-1)，聚酰亚胺膜通常需要与高导热无机填料结合来改善其导热性能。

目前，通过多种导热填料引入，聚合物的导热性能得到了大幅提升，如石墨烯、碳纳米管、氮化硼、氧化铝、碳化硅等。但是对于聚酰亚胺绝缘膜来说，导热填料的选择有一定的特殊性：(1)对于导电碳材料，尽管其可以赋予聚酰亚胺膜优异的导热性能，但通常会破坏聚酰亚胺膜良好的电绝缘性能；(2)陶瓷填料尽管可以同步实现聚酰亚胺膜的良好导热性和电绝缘性，但由于其较大的尺寸，刚性结构和化学惰性，严重影响了PI膜的柔性和易加工特性。因此，寻找一种纳米尺度且可以大幅提高聚酰亚胺膜导热性能的导热填料成为目前研究的热点。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种导热聚酰亚胺绝缘膜。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种导热聚酰亚胺绝缘膜的制备方法。

为了解决本发明的技术问题，所采取的技术方案为一种导热聚酰亚胺绝缘膜，由聚酰亚胺膜和均匀分散在聚酰亚胺膜内的氮化碳纳米片以100:(1-20)的质量比组成，所述氮化碳纳米片在聚酰亚胺膜内以层层铺设的方式排布。

作为导热聚酰亚胺绝缘膜进一步的改进：

优选的，所述氮化碳纳米片为元素掺杂的氮化碳纳米片、不同化学组分接枝的氮化碳纳米片、不同分子结构的氮化碳纳米片中的一种或两种及以上。

作为元素掺杂的氮化碳纳米片进一步的技术方案，所述元素掺杂的氮化碳纳米片为在氮化碳纳米片中掺杂了氮元素、氧元素、磷元素、碳元素、银元素、铜元素中的一种或两种及以上。

为解决本发明的另一个技术问题，所采取的技术方案为一种导热聚酰亚胺绝缘膜的制备方法，包括如下步骤：

S1、制备氮化碳纳米片：将氮化碳前驱体置于耐高温容器中，再将耐高温容器置于高温炉中，使用梯度加热的方式从室温升温至500-600℃，升温速度为1-10℃/min，然后在此温度下保持2h以上，制得块体氮化碳；

将块体氮化碳进一步通过超声剥离法、小分子插层剥离法、热刻蚀法中的任意一种方法处理，制得氮化碳纳米片；

S2、制备前驱体混合溶液：将1-20质量份上述制得的氮化碳纳米片加入到500-700质量份的有机溶剂中并超声分散，再加入固含量为5-25％的聚酰亚胺前驱体溶液，该聚酰亚胺前驱体溶液中含有100质量份的聚酰亚胺前驱体，搅拌至均匀混合，制得前驱体混合溶液；