[发明专利]一种电场诱导提高片状氧化铝/聚合物复合片材导热系数的方法

说明书

本发明公开了一种电场诱导聚合物复合材料中的片状氧化铝的方法，使片状氧化铝平行于诱导电场方向取向分散，也即片状氧化铝沿垂直片材表面方向取向分散，以提高片状氧化铝/聚合物复合片材垂直方向的导热系数；片状氧化铝的片层厚度为纳米尺度，片层表面则为微米尺度；片状氧化铝受到电场极化后形成电偶极矩，该偶极矩将对片状氧化铝造成扭力矩；本发明基于电场诱导使片状氧化铝在聚合物中取向分散的方法，所得复合片材在电学性能、光学性能、机械性能和热性能方面具有各向异性，特别适合于提高垂直于片材表面方向的导热系数，因此在覆铜层压板领域应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及复合材料、绝缘散热基板等领域，特别涉及一种绝缘型导热复合片材的制备方法。

背景技术

基于导热粒子与聚合物的复合片材由于在导热性、挠曲性、绝缘性、结合力和加工温度等方面具有独特的优势，是铝基覆铜层压板（简称铝基板）绝缘层的理想选择。添加α-氧化铝、氮化铝、氮化硼、碳化硅等导热粒子的聚合物复合片材，其导热系数虽可提高到1-3W/(m•K)，但随着电子封装技术逐渐向小型化、高密度、多功能和高可靠性方向发展，功率密度随之增加，散热问题越来越严重，亟需大幅提升绝缘层（聚合物复合片材）的导热系数。

考虑到α-氧化铝的导热系数达28W/(m•K)，价廉易得，片层厚度为纳米尺度，片层表面则为微米尺度，其取向分散模式可显著增加声子接触面积和提高导热系数，因此制备片状氧化铝取向分散的复合片材具有重要意义。

拟利用热塑性树脂作为连结料，在一定温度下与片状氧化铝通过均匀混炼和热熔挤出，制备含有较多活性基团的半固化复合粒子。然后将复合粒子加入电场诱导型注塑机中。在交流电场作用下，熔融态复合材料中的片状氧化铝发生极化，其偶极矩对片状氧化铝形成扭力矩。同时片状氧化铝还受到熔体拉伸产生的拖曳力、粘滞阻力、热运动力、胶体引力与斥力等作用力。如果诱导电场足够大，片状氧化铝将在扭力矩作用下克服其它阻力矩而沿平行于电场方向转动取向分散（图1、图2），使片状氧化铝沿垂直复合片材表面方向取向分散，从而提高复合片材的导热系数。

发明内容

针对片状氧化铝/聚合物复合片材中片状氧化铝的随机取向影响导热性能的问题，提供一种电场诱导片状氧化铝取向分散，从而提高片状氧化铝/聚合物复合片材导热系数的方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

（1）在混合机中按一定重量配比先后加入颗粒状聚合物和片状α-氧化铝，混合均匀；

（2）将聚合物和片状氧化铝的均匀混合物加入双螺杆混炼塑化造粒一体机中，在一定温度下混炼塑化并造粒，得到半固化的片状氧化铝/聚合物复合粒子；

（3）将复合粒子加入电场诱导型注塑机中。在交流电场作用下，熔融态复合材料中的片状氧化铝发生极化，因带负电荷而发生转动取向，得到片状氧化铝沿垂直复合片材表面方向取向分散的新材料。

步骤（1）中，所述的颗粒状聚合物为酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂、环氧树脂、含磷环氧树脂、聚酰亚胺、聚酯和聚醚醚酮等热塑性聚合物。

步骤（1）中，所述片状氧化铝是指直径远大于厚度的片状α-氧化铝，片层厚度为纳米尺度，片层表面则为微米尺度，径厚比大于10，平均粒径D₅₀在8~40微米。

步骤（1）中，所述片状氧化铝与聚合物的质量配比在80:20~93:7。

步骤（2）中，所述的温度范围在90~200℃。

步骤（3）中，所述的电场为交流电场，电场强度在2~20kV/mm范围内变化。

步骤（3）中，所述的复合片材厚度在40~150微米范围内变化。

本发明利用电场诱导片状氧化铝取向分散，以提高片状氧化铝/聚合物复合片材导热系数的方法，具有如下优点和效果：

（1）本发明所制备的复合片材导热系数明显提高；