[发明专利]一种三维有序可控碳纤维导热复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种三维有序可控碳纤维导热复合材料及其制备方法。所述制备方法包括：采用含胺基的咪唑类离子液体对碳纤维进行非共价改性，得到改性后的碳纤维；采用冰模板法将所述改性后的碳纤维制成三维有序可控碳纤维骨架；将聚合物基体灌注进所述三维有序可控碳纤维骨架中，得到三维有序可控碳纤维导热复合材料。本发明通过对碳纤维进行非共价改性，保持碳纤维固有性能的同时，降低碳纤维彼此之间的接触热阻以及碳纤维和聚合物基体之间的界面热阻，提高碳纤维与聚合物基体的界面结合力，同时采用冰模板法制成三维有序骨架，调控碳纤维取向方向，为声子传输提供途径，达到低负载量碳纤维时提高复合材料导热性能的目的。

技术领域

本发明涉及导热复合材料技术领域，具体而言，涉及一种三维有序可控碳纤维导热复合材料及其制备方法。

背景技术

随着电子信息和电器产业中电子与电力设备的不断集成化、小型化及大功率化，电子元器件单位面积积聚的热量越来越多，若不能及时将器件上的热量散去，将极大地影响系统的使用寿命和效率。能够实现高效散热、提高设备性能和延长其使用寿命的聚合物复合材料，是电子器件热管理的关键。

传统的聚合物基导热复合材料，由于大量填料的加入导致发热器件和散热器件之间的接触热阻升高，高的复合材料界面热阻制约了复合材料导热性能的进一步提升。

发明内容

本发明解决的问题是传统聚合物基导热复合材料在导热填料负载量较低时导热性能不理想，而导热填料负载量较高时又会导致填料间接触热阻及填料与基体间界面热阻增加的问题，从而制约复合材料导热性能的进一步提升。

为解决上述问题，本发明提供一种三维有序可控碳纤维导热复合材料的制备方法，包括：

采用含胺基的咪唑类离子液体对碳纤维进行改性，得到改性后的碳纤维；

采用冰模板法将所述改性后的碳纤维制成三维有序可控碳纤维骨架；

将聚合物基体灌注进所述三维有序可控碳纤维骨架中，得到三维有序可控碳纤维导热复合材料。

较佳地，所述采用含胺基的咪唑类离子液体对碳纤维进行改性包括：

将所述含胺基的咪唑类离子液体分散于有机溶剂中，超声处理得到均匀的离子液体分散液；

将所述碳纤维加入到所述离子液体分散液中，室温搅拌12-48h，得到所述改性后的碳纤维。

较佳地，所述碳纤维和所述含胺基的咪唑类离子液体的质量比为1:1。

较佳地，所述离子液体分散液中，每1mg所述含胺基的咪唑类离子液体分散于2ml所述有机溶剂中。

较佳地，所述采用冰模板法将所述改性后的碳纤维制成三维有序可控碳纤维骨架包括：

将所述改性后的碳纤维分散于粘合剂的水溶液中，搅拌分散，得到悬浮液；

将所述悬浮液倒入模具中，并将所述模具置于液氮中进行垂直冷冻后，放入冷冻干燥机中冷冻干燥，得到所述三维有序可控碳纤维骨架。

较佳地，所述垂直冷冻的时间为6-12h，所述冷冻干燥的时间为24-48h。

较佳地，所述将聚合物基体灌注进所述三维有序可控碳纤维骨架中包括：

将所述聚合物基体、催化剂、固化剂在室温下混合均匀，得到聚合物混料，将所述三维有序可控碳纤维骨架浸泡在所述聚合物混料中并抽真空，在80℃下固化2h，再在120℃下固化1h，得到所述三维有序可控碳纤维导热复合材料。

较佳地，所述聚合物基体、所述催化剂、所述固化剂的体积比为(90-110)：(90-110)：5。