[发明专利]一种利用固相剪切碾磨技术制备高导热聚合物基制品的方法

说明书

本发明提供一种利用固相剪切碾磨技术制备高导热聚合物基制品的方法，该方法是利用中国授权专利ZL 95111258.9所公开的力化学反应器对纯聚合物颗粒与导热用碳系填料在控制磨盘盘面温度、磨盘压力和循环碾磨次数等碾磨条件下碾磨粉碎，再进行模压成型制备高导热聚合物基制品。该方法可实现制品具备高导热性能(8.02W/mK)的基础上，具有模压成型工艺的可加工性，亦或是在满足导热性能达1W/mK的基础上，其模压成型制品的力学性能大幅优于传统共混工艺所制备的现有材料制品；其制备方法具有工艺简单、可连续化生产等特点，适于工业化生产。

技术领域

本发明属于具有导热功能性的高分子聚合物基材料技术领域，具体涉及一种利用固相剪切碾磨技术制备高导热聚合物基制品的方法，特别是针对利用中国授权专利ZL95111258.9所公开的力化学反应器进行高导热聚合物基制品的制备。

背景技术

随着微电子工业的高速发展，电子器件日趋高速化、集成化和高密度化，其在工作状态下必然在局部会产生大量的热，导致设备器件散热压力越来越大。散热设计的主要任务是把设备内部的发热器件的热量排散出去，因此热量传输部件是关键。

通用的导热材料是将高分子基体和导热功能性填料直接共混制备的，这是因为适于导热材料的聚合物，例如聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸、聚酰胺、聚乙烯醇、热塑性聚氨酯弹性体、ABS树脂等加工流动性较好的材料，此类纯聚合物通常不具有功能性，无导热性能。因此，需要引入轻质、多功能的功能填料(如石墨烯、碳纳米管、足球烯、炭黑、石墨、碳纤维以及氮化硼等)赋予聚合物特定的功能性。由于聚合物基体的热导性较低，一般为0.1-0.5W/mK，而导热填料的热导性较高，填料与基体间的界面热阻较大，制备的导热材料的导热系数一般较低(0.5-1W/mK)，其导热性能难以满足现有电子工业发展的需求。并且这些微纳米级的功能性填料易在聚合物基体内团聚，难以实现其单层结构优异的性能。在实际应用中，高性能导热材料应具有较高的导热系数和优异的力学性能。

为了解决上述问题，现有技术中，已公开有技术文献成功制备了较低界面热阻的导热材料，例如，通过结合氢键制备较低含量下(4wt％BN)PAI导热复合材料(F.Jiang,Hydrogen Bond-Regulated Boron Nitride Network Structures for Improved ThermalConductive Property of Polyamide-imide Composites,ACS Appl.Mater.Interfaces10(2018)16812-16821)等；上述已公开的制备方法中，表面改性，结构取向以及网络结构构建等方法都常被使用。然而，上述此类的制备方法通常存在制备工艺复杂，引入杂质，产业化批量生产较困难等问题，只适于实验室内制备，难以满足实际导热材料的制备及工业应用。

为了解决上述功能性填料与聚合物基体之间界面热阻的问题，根据传统的研究经验，需要实现功能性填料的有效分散与剥离。但是，熔融共混等传统的分散方法效率较低，并且当聚合物复合材料达到工业使用标准时，往往需使用较高的填料含量，使得聚合物基复合材料的加工性能和力学性能严重恶化，最终制件的导热性能无法满足现有使用要求。

本发明的申请人在先前公开的论文文献《磨盘碾磨固相剪切复合技术及导电导热聚丙烯/石墨纳米复合材料的制备与性能研究》(李侃社，四川大学博士学位论文)中，公开了利用磨盘碾磨固相剪切纳米复合新技术，实现了鳞片石墨(FG)和膨胀石墨(EP)的层间滑移、片层剥离和与聚丙烯(PP)的纳米复合，成功制备了系列PP/石墨导电、导热纳米复合材料，其所制备的PP/YEP35体系中石墨含量在30wt.％时，导热系数达到0.748W/mK。但是因该论文完成时间较早(2002年)，并未对功能性填料与聚合物基体之间的界面热阻进行进一步深入讨论研究；同时，其最终制备所得复合材料的导热性能有限，相较传统直接共混制备工艺，相同配比下(PP/YEP35体系中石墨含量为30wt.％)，传统工艺所制备的复合材料导热系数通常约为0.643W/mK，其导热性能提升幅度有限。