[发明专利]具有三维低熔点金属基填料网络的高导热/导电的聚合物基复合材料及其制备

说明书

本发明涉及一种具有三维低熔点金属基填料网络的高导热/导电的聚合物基复合材料，该聚合物基复合材料由聚合物颗粒与低熔点金属基填料混合后热压而成，其中，低熔点金属基填料在聚合物颗粒中呈三维连续网络结构分布。与现有技术相比，本发明充分利用了低熔点金属在熔点以上具有流动性的特点，结合热压工艺，利用低熔点金属的流动性填充孔隙，形成互连而得到连续分布的三维网络结构，提供了高效的热传导与电传导的路径，工艺简单，成本低廉，易于实现商业化生产。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种具有三维低熔点金属基填料网络的高导热/导电的聚合物基复合材料及其制备。

背景技术

聚合物基热界面材料作为填充产热元件和散热元件的中间层材料，因其柔软的特性而能有效地填充产热元件和散热元件间的孔隙，高效地将热量从产热元件传递至散热元件，避免热量在产热元件中的积聚，从而保证产热元件的正常工作。目前，聚合物基热界面材料的主要制备方法是向低导热的聚合物基体中直接混入高导热的填料颗粒，如纳米金刚石、氮化硼、石墨烯及各类高导热的金属粉末。由于导热填料均匀分散在聚合物基体中，当导热填料填充量较低时，导热填料粒子被低导热聚合物所包围，阻碍了热量的有效传导，无法充分发挥导热填料优异的热传导性能；而当导热填料填充量足够高时，虽然导热填料粒子能彼此接触，形成导热链，但由于有效接触面积较小，界面热阻较大，也限制了整体热导率的进一步提高。

另一方面，聚合物由于其柔软可拉伸的力学特性也被广泛应用于柔性电子领域，但除了少数几种导电聚合物外，大多数聚合物绝缘不导电，因此严重阻碍了柔性电子的发展。为了提高聚合物的导电性能，通常将高导电的填料颗粒如金属粉末、石墨烯、碳纳米管等高导电填料粒子混入聚合物，但由于填料颗粒在聚合物基体中的分散分布，不能形成有效的导电通路，因此也难以有效提高导电性。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种具有三维低熔点金属基填料网络的高导热/导电的聚合物基复合材料及其制备。本发明充分利用了低熔点金属基填料在基体金属熔点以上具有流动性的特点，结合热压工艺，利用低熔点金属基填料的流动性填充孔隙，形成互连而得到连续分布的三维网络结构，提供了高效的热传导与电传导的路径，工艺简单，成本低廉，易于实现商业化生产。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种具有三维低熔点金属基填料网络的高导热/导电的聚合物基复合材料，其特征在于，该聚合物基复合材料由聚合物颗粒与低熔点金属基填料混合后热压而成，其中，低熔点金属基填料在聚合物颗粒中呈三维连续网络结构分布。

进一步的，聚合物基复合材料中，聚合物颗粒和低熔点金属基填料的体积比为100:(5-300)。

进一步的，所述聚合物颗粒为热塑性聚合物或热塑性弹性体。更进一步的，塑性聚合物包括聚苯乙烯、聚乙烯、聚碳酸酯等，热塑性弹性体包括聚氨酯类热塑性弹性体，苯乙烯类热塑性弹性体、烯烃类热塑性弹性体等。。

进一步的，所述的低熔点金属基填料为熔点在60℃以下的金属或其与其他固体金属、无机非合金颗粒的混合物。具体的，所述低熔点金属基填料为低熔点纯金属、低熔点合金、低熔点纯金属或低熔点合金与固体金属、无机非合金颗粒的混合物。具体的，在低熔点金属的熔点以上，即低熔点金属为液态时，向其中加入金属或非金属填料。可选的，低熔点纯金属可为金属镓，低熔点合金可为镓铟共晶合金、镓铟锡合金、锡铋合金等，向低熔点纯金属或低熔点合金中加入的固体金属粉末可以为铜粉、银粉、铝粉等，向低熔点纯金属或低熔点合金中加入的无机非金合金颗粒可为金刚石粉末、石墨烯或氮化硼粉末等。

本发明的技术方案之二提供了一种具有三维低熔点金属基填料网络的高导热/导电的聚合物基复合材料的制备方法，先取低熔点金属基填料与聚合物颗粒混合均匀后，再置于模具中热压，冷却至室温，即得到目标产物。

进一步的，热压的温度为100～200℃，压力为1～10MPa，时间为10～20min。