[发明专利]包含导热颗粒和吸热颗粒的(共)聚合物基质复合材料及其制备方法

说明书

本公开提供了(共)聚合物基质复合材料，所述(共)聚合物基质复合材料包含多孔(共)聚合物网络；分布在该(共)聚合物网络结构内的多个导热颗粒和多个吸热颗粒；其中基于该颗粒和该(共)聚合物(不包括溶剂)的总重量计，该导热颗粒和该吸热颗粒以15重量％至99重量％的范围存在。任选地，该(共)聚合物基质复合材料在置于至少135℃的温度环境时体积膨胀其初始体积的至少10％。还公开了制备和使用所述(共)聚合物基质复合材料的方法。该(共)聚合物基质复合材料可用作例如热耗散或热吸收制品，用作填料，热界面材料和热管理材料，例如在电子装置中，更具体地在移动手持电子装置、电源和电池中。

背景技术

集成电路、有源和无源组件、光盘驱动器、电池和马达在使用期间产生热量。为了延长装置长期以及连续的使用，必须耗散热量。含有热管的翅片式金属块和散热器通常用作热沉，以耗散装置在使用期间产生的热量。通常用于在发热组件与热沉/散热器之间提供热桥的材料包括凝胶块、液相至固相变化化合物、润滑脂，以及机械地夹持在例如印刷电路板(PCB)和热沉之间的衬垫。

掺入到粘合剂(例如，热活化、热熔融和压敏粘合剂)中的导热材料有时用于在发热组件和热沉/散热器之间提供粘合剂粘结，使得不需要机械夹持。与未填充或轻微填充的粘合剂组合物相比，此类热界面材料通常具有良好的导热特性，但与金属热沉或散热器相比可能不具有良好的热吸收或热耗散特性。热管理通常经由热传递材料以及主动和被动冷却与到液体冷却界面的空气或传导热传递的组合来进行。

多孔膜和膜泡沫一般经由相分离方法制得，因此与泡沫相比，通常具有相对较小、均匀的孔径和不同的孔形态。多孔膜上的孔通常是开放的，使得气体、液体或蒸气可从一个主表面穿过开放孔到达另一个相对的主表面。多孔膜和膜泡沫可经由几种相分离方法制得，但是通常经由溶剂诱导相分离或热诱导相分离制得。

发明内容

管理电池系统的充电和放电通常经由电子电池管理系统来完成。热管理通常经由热传递材料以及主动和被动冷却与空气或热传递液体界面的组合来进行。

另外，一些污染控制元件和防火装置在其构造中使用吸热材料。已知吸热材料在某些温度下吸收热量。这通常伴有相变机制。一些吸热材料由于吸收在颗粒内的化学物质而膨胀，而其他膨胀材料由于其包含的矿物或矿石的性质而膨胀。膨胀发生时的温度范围可根据吸热材料和/或嵌入化学物质而变化。

多孔(共)聚合物膜一般具有高柔性并且可在硬质塑料或金属之间提供紧密接触或缓冲。然而，捕集的空气自然被认为是防导热的绝缘体，并且具有捕集空气的多孔材料通常不适用于热耗散。需要替代的轻质柔性材料和用于传导、吸收和/或耗散热量的方法，特别是在紧凑型(例如，手持式)电子装置中。

需要递送或以其他方式提供吸热材料与导热材料组合的附加选项，更具体地以颗粒形式(即，作为颗粒)。多孔膜一般具有柔韧性并且可在硬质塑料或金属之间提供紧密接触或缓冲。然而，捕集的空气自然被认为是防导热的绝缘体，并且具有捕集空气的多孔材料通常不适用于热耗散。期望用于耗散或传导热量的替代材料和方法。

本公开描述了具有高热导率的高颗粒负载的(共)聚合物基质复合材料的各种示例性实施方案。进一步掺入吸热颗粒可另外使复合材料能够吸收热量，从而充当吸热剂或热沉。

因此，在一个方面，本公开描述了(共)聚合物基质复合材料，其包括多孔(共)聚合物网络结构、分布在该(共)聚合物网络结构内的多个导热颗粒和多个吸热颗粒，其中基于(共)聚合物基质复合材料(不包括任何溶剂)的总重量计，导热颗粒和吸热颗粒以15重量％至99重量％的范围(在一些实施方案中，以25重量％至98重量％、50重量％至98重量％、75重量％至98重量％或甚至93重量％至97重量％的范围)存在。

在一些示例性实施方案中，当置于至少135℃(在一些实施方案中，至少150℃、175℃或甚至至少200℃；在一些实施方案中，135℃至400℃或甚至200℃至400℃的范围)的温度环境时，(共)聚合物基质复合材料体积膨胀其初始体积的至少10％(在一些实施方案中，至少20％、30％、40％或甚至50％)。