[发明专利]固液两相金属-高分子导热相变复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了固液两相金属‑高分子导热相变复合材料的制备方法，属于高分子复合材料技术领域，将固液两相共存的金属与高分子材料混合，制得所述导热相变复合材料。该方法利用金属处于金属相图中的固液共存区，与高分子基体复合，利用金属的高导热系数和相变潜热，从而实现复合材料的高导热性；此复合材料利用金属的二元、三元以及多元相图，通过金属组成、金属相图杠杆定律来调控金属的固相液相比例以及相变潜热，从而使得所制备的导热相变复合材料导热系数范围在0.2W m^‑1K^‑1到30.0W m^‑1K^‑1之间，满足多种电子设备的散热要求。

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及固液两相金属-高分子导热相变复合材料的制备方法。

背景技术

导热相变材料是重要的热界面材料之一，因为其发生相变时吸收大量的潜热，从而能将系统温度维持在一个狭窄的温度范围内，已经在电子元件散热领域取得了广泛的应用。

目前使用最为广泛的是有机相变材料，例如石蜡、多元醇等，是因为它们具有较宽的熔程，即在熔程区间内发生连续相转变行为，以满足不同温度下的散热需求。然而，这一类材料的缺点是导热系数小(0.15-0.3W m^-1K^-1)，严重降低了其在系统应用中的散热效果。低熔点金属及其合金作为导热相变材料有热导率高、相变潜热大等优势，但金属的相变温度是固定的，极大地限制了其在实际应用中的使用范围。例如，液态金属镓(Ga)因其无毒、高热导率和低熔点(T_m＝29.8℃)等特性而被作为一种新型相变材料用于电子设备的界面散热。但是，同传统的金属只有单一熔点的缺陷一样，镓在其熔点(29.8℃)之后便失去了相变能力，无法满足常见电子产品的散热需求(35-100℃)。

导热高分子复合材料通常是指以聚合物为基体，以金属材料、碳材料以及陶瓷材料为导热填料，如银粉、铜纳米线、氧化铝(Al₂O₃)、氧化锌(ZnO)、石墨烯、金刚石、碳纳米管、氮化硼(BN)等，通过共混方法(机械搅拌、超声分散等)制得的高导热性复合材料，可作为导热脂、导热胶以及导热垫片等被广泛应用于微电子工业、家用电器、航空航天等领域。其中，金属填料因成本低、加工工艺简单、导热性能好而被广泛使用，然而，传统的金属填料(Ag、Cu、Al等)一般为纯固态，与高分子共混后存在明显的相界面，这不仅影响了热传递的效率，还会使复合材料的力学性能变差。

因此，如果能够同时解决导热相变材料和导热高分子复合材料的缺陷，寻求一种熔程范围宽且与高分子相容性好的金属填料，结合金属高导热性和高相变潜热的优点，就有可能制备出一种导热系数高且具有连续相转变能力的金属-高分子导热相变复合材料，从而扩大导热相变复合材料的应用范围。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供固液两相金属-高分子导热相变复合材料的制备方法，工艺简便。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

固液两相金属-高分子导热相变复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)按重量份数包括以下组分：金属10～90份，高分子材料1～90份，并混合，得到混合后的物料；

(2)对混合后的物料在大于10℃小于300℃范围内加热，使得处于固液共存相的金属与熔融态的高分子材料进行物理混合，制得导热相变高分子复合材料；

进一步地，所述的步骤(1)中，还包括功能添加剂0～50份。

进一步地，所述的步骤(2)中，物理混合法为研磨分散、超声分散、机械搅拌分散方法中的至少一种。

进一步地，所述的金属在30℃的固相与液相的质量分数之比(固相率)大于2％小于99％。