[发明专利]一种高导热高绝缘硅橡胶复合材料的制备方法

说明书

本发明提供一种高导热高绝缘硅橡胶复合材料的制备方法，属于导热绝缘材料技术领域。依靠聚氨酯发泡过程异氰酸酯和多元醇反应带来的聚合驱动力，氧化铝被聚氨酯支撑形成氧化铝/聚氨酯复合泡沫，再通过高温烧结得到三维氧化铝骨架。在真空辅助浸渍硅橡胶固化成型的过程中，引入碳纳米管，凭借着0维的微米氧化铝和1维的碳纳米管的多尺寸协同效应，构建更为致密、更低热阻的传热通路，以提高复合材料的导热性能。为更广泛地应用于电子和电器领域，引入的碳纳米管被三维连续的氧化铝网络阻隔，保证了形成导热网络的同时未形成电子传输通路，实现了该硅橡胶复合材料同时具有高导热和高绝缘的优异性能，以保证电子和电器设备安全稳定运行。

技术领域

本发明属于聚合物复合材料领域，具体涉及一种高导热高绝缘硅橡胶复合材料的制备方法。

背景技术

当前，随着微电子集成技术和组装技术的快速发展，电子器件逐渐向微型化、集成化方向发展，因此，电子元器件的散热问题日益突出。若电子元器件散热能力不足，极易影响其在高温环境下的运行稳定性和安全性，并缩短使用寿命。随着微电子行业的高速发展，散热问题与微型化趋势之间的矛盾会更加剧烈，因此，开发性能优异的热界面材料已成为电子元器件降低热量积聚、稳定和安全运行并延长使用寿命的关键。与此同时，对于大多数电子设备的热管理应用而言，热界面材料呈现高导热的同时还需要足够高的电阻率，这对避免诸如短路等隐患具有非常重要的意义。

硅橡胶由于其易加工、质量轻、高电绝缘性和优异的机械性能而被广泛用作热界面材料。但是其固有的导热率较低，在室温下约为0.18～0.2W/(m·K)，这极大地限制了硅橡胶在导热领域的应用。通常在硅橡胶中添加导热填料来构建高效的传热通路已经被认为是提升导热率的有效方法之一。氧化铝因为其优异的导热绝缘性和不错的经济性，已经在导热领域广泛地被应用。

通常使用传统的机械共混的方法将导热填料添加至聚合物基体中，只有当添加量达到50wt％以上时才能在基体内构建高效的传热网络。但是如此高的填料添加量极大地恶化了复合材料的力学性能，也给复合材料的生产成本和加工工艺增添了难度。因此，研究开发较低填料含量的高导热高绝缘硅橡胶基导热材料，具有巨大的技术价值和市场价值。

发明内容

本发明提供了一种高导热高绝缘硅橡胶复合材料的制备方法。通过聚氨酯泡沫的三维孔洞结构作为牺牲模板，使导热填料氧化铝在较低的添加量下即可形成导热网络，以此提高硅橡胶复合材料的导热性能。同时，在最后真空辅助浸渍硅橡胶的过程中，预先在硅橡胶中混入一定量的碳纳米管，凭借着0维氧化铝和1维碳纳米管的多尺度协同效应，成功构建更为致密并且低热阻的导热传输通道，从而进一步提高复合材料的导热性能，并且连续的氧化铝网络阻断了碳纳米管的电子传输网络，以此兼顾了优异的绝缘性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种高导热高绝缘硅橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：通过酯发泡过程异氰酸酯和多元醇反应带来的聚合驱动力和其三维孔洞结构，在聚氨酯发泡过程中加入氧化铝填料，构建氧化铝/聚氨酯的复合泡沫，所述聚氨酯泡沫原料包括异氰酸酯、多元醇、发泡剂和催化剂；所述异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯，多元醇为聚丙二醇，发泡剂为去离子水，催化剂为三乙烯二胺和二月桂酸二丁基锡；

步骤二：将步骤一构建的复合泡沫通过高温烧结，移除聚氨酯模板并使氧化铝烧结，构建三维互连的氧化铝骨架；

步骤三：配置硅橡胶、固化剂和碳纳米管的混合溶液；

步骤四：将步骤三配置好的混合溶液倒入步骤二中制备好的三维互连的氧化铝骨架中；

步骤五：放入真空烘箱中抽真空直至无气泡产生，最后升温固化。

步骤一中，所述氧化铝的粒径为10～15μm，纯度不低于99％。