[发明专利]一种各向异性导热复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种各向异性导热复合材料，原材料组成按质量，包含60‑80份的高分子聚合物基体、6‑8份的短切纤维、2‑4份的分散剂；本发明的各向异性导热复合材料可以解决异机械性能与高导热性之间的矛盾，在改善复合材料本身机械性能的同时，赋予其各向异性导热的能力，使电子器件在工作时热量向着规定的方向流出，实现快速定向散热，且制备流程方便快捷，效率高。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种各向异性导热复合材料及其制备方法。

背景技术

随着电子器件的高速发展，在当代环保问题和可持续发展的要求下，电子设备的集成化、微型化成为了必然的趋势，但这会导致单位面积热密度的急剧增加。在高的工作频率下，电子器件产生的热量将迅速增加、累积，使得电子器件面临比以前更大的热失效，严重情况下还有可能引起火灾，导致严重安全事故。具备及时散热的能力不仅成为影响其使用寿命的关键与限制因素更是保障使用安全的根本，据报道，由于过热产生的电子系统相关故障的比例超过55％。因此亟需发展一种高导热封装材料来解决过热问题，使电子元器件在合适的温度下能持续稳定工作；

目前用于电子封装的材料组成可分为塑料基、金属基和陶瓷基。塑料基封装材料因工艺简单、成本低、绝缘性能好、质量轻等优点，在电子封装材料中用量最大、发展最快。塑料封装主要是热固性塑料，包括不饱和聚酯类、酚醛类、环氧类等，其中环氧树脂材料因具有优异的粘接性能、耐热性能、耐化学、电绝缘性能、耐腐蚀性能和力学性能，成型工艺简单，固化成型收缩率低等一系列优点而成为应用最广泛，前景最广阔的封装材料之一。同时，这些高分子材料也经常应用于电子原件的粘接与其他应用。但是高分子材料一般都是热的不良导体，其导热系数在25℃时均低于0.50W/(m·K)，如环氧树脂只有0.20W/(m·K)。因此，发展高导热的高分子材料，对于电子器件寿命的增加与性能的优化都具有非常重要的意义；

目前的导热高分子材料按导热原理可以分为本征型导热聚合物材料和填充型导热聚合物材料两种。

本身具有导热能力的聚合物材料被称为本征型导热聚合物材料。Takezaw等人合成含有一个二苯基和两个苯甲酸基团的两种环氧单体，并进一步对其进行固化处理，得到高导热本征型导热环氧树脂。这两种单体内部基团具有高的有序性，从而增加基体中晶体结构形成，声子散射从而减小，聚合物的导热系数也提高到了原环氧树脂的5倍。香港理工大学蔡忠龙等通过超拉伸聚乙烯，改变了分子链结构形成针状晶体—晶桥结构，导热系数提高到29.1W·m-1·K-1。虽然本征型的高导热聚合物材料的导热性可以与一些金属相媲美，但其制备方式复杂，成本较高，现在尚处于实验室阶段。

通过聚合物材料与高导热填料组合得到的高导热聚合物被称为填充型导热聚合物材料。Han等运用双向冷冻技术将BNNS制成气凝胶并渗入环氧树脂中(Epoxy)，制备出BNNS/EP复合材料，显著提高了体系的导热率。Bai等运用双向冷冻技术将羟基磷灰石(HA)组装成层状气凝胶，通过单轴加压进一步致密支架，使其孔隙度≈15％-25％，并将甲基丙烯酸酯基团接枝到HA表面以增强陶瓷-聚合物界面。这些过程也将层状结构分解成独立的砖，模仿珍珠层的“砖和砂浆”结构，使基体导热性能显著提升。填充型导热复合材料是由聚合物材料与高导热填料组合而成，此制备工艺简单、成本低、易于控制、对于导热性有明显的提升，因此，填充型导热复合材料引起了广泛的关注与研究。

然而以上高导热聚合物材料在导热性能提升的过程中，忽视了材料本身物理性能的变化，导致一些高导热材料机械性能较差，不能满足作为电子器件封装材料的要求。同时，以上高导热聚合物及其制备方法并未对导热方向做出限定，不能控制热量向不会产生危害的方向流出。实际封装电子器件运行过程中，多方向散热反而会对周围的元件产生影响，降低电子产品的使用寿命，与研究高导热聚合物材料的初心相悖。

因此，开发一种同时具有优异机械物理性能且各向异性导热的复合材料成为智能复合材料与电子封装材料领域的全新挑战，亟待解决，为此我们提出一种各向异性导热复合材料及其制备方法。

发明内容