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高分子基绝缘导热复合材料及其制备方法

阅读:823发布:2023-12-27

专利汇可以提供高分子基绝缘导热复合材料及其制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种高分子基绝缘导热 复合材料 ,该复合材料是由以下高分子基/导电导热填料预混物、高分子基/绝缘导热填料预混物经熔融塑化、n次层状叠合而形成的2(n+1)层导电导 热层 、绝缘导热层交替排布的特殊双渝渗结构的复合材料或2(n+1)+1层导电导热层、绝缘导热层交替排布的复合材料,其中材料的最外端均为绝缘导热层。本发明还提供了该复合材料的制备方法。本发明的复合材料中, 聚合物 和填料无需进行特殊处理,且制备方法工艺简单,操作控制方便,生产效率高,生产成本低,具有广阔的工业化和市场前景。,下面是高分子基绝缘导热复合材料及其制备方法专利的具体信息内容。

1.一种高分子基绝缘导热复合材料,其特征在于:该复合材料是由以下高分子基/导电导热填料预混物、高分子基/绝缘导热填料预混物经熔融塑化、n次层状叠合而形成的2(n+
1)层导电导热层、绝缘导热层交替排布的特殊双渝渗结构的复合材料或2(n+1)+1层导电导热层、绝缘导热层交替排布的复合材料,其中材料的最外端均为绝缘导热层。
2.根据权利要求1所述的高分子基绝缘导热复合材料,其特征在于:所选用的高分子聚合物可以是聚烯类、聚酰胺类、聚酯类、聚醚类等热塑性塑料中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的高分子基绝缘导热复合材料,其特征在于:所选用的导电导热填料可以是石墨炭黑石墨烯纳米管、金、、镍中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的高分子基绝缘导热复合材料,其特征在于:所选用的绝缘导热填料可以是碳化、碳化、碳化、碳化锆、碳化铬、碳化钨、氮化硅、氮化硼、氮化铝、化铍、氧化铝和氧化锌中的一种或几种。
5.根据权利要求1或3所述的高分子基绝缘导热复合材料,其特征在于:其导电导热填料的添加量同导电导热层总质量比大于等于3wt%。
6.根据权利要求1或4所述的高分子基绝缘导热复合材料,其特征在于:其绝缘导热填料的添加量同绝缘导热层总质量比大于等于5wt%。
7.权利要求1~6任意一项所述高分子基绝缘导热复合材料的制备方法,其特征在于:
它包括如下操作步骤:
1)利用高搅机将聚合物同导电导热填料或绝缘导热填料按一定比例均匀混合,并真空干燥处理,待用;
2)将上述混合物利用双螺杆挤出机挤出、造粒形成预混物,并再次进行干燥处理;
3)将上述聚合物/导电导热填料预混物、聚合物/绝缘导热填料预混物分别由挤出机A、B熔融挤出,再经过同两台挤出机相连的汇流器(C)、层倍增器(D)、冷却辊构成的微层共挤装置,制备成共2(n+1)层或2(n+1)+1层导电导热层、绝缘导热层交替排布的特殊双渝渗结构的复合材料。

说明书全文

高分子基绝缘导热复合材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于高分子材料领域,具体涉及一种高分子基绝缘导热复合材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 目前,随着电子元器件的集成化、高速化和高频化,使其局部放热现象尤为严重,这不仅会降低其工作效率,更会成倍的缩短其使用寿命。因此,为了解决这一难题,已有诸多学者致于开发新型的高效导热复合材料。其中,由于高分子基材料具有质量轻、耐腐蚀、成本低等优点而受到广泛的关注。出于电子元器件的运行安全性的考虑,又对导热复合材料提出了高绝缘性的要求,因为当具有一定的导电性能的导热复合材料应用于电子包装时,易使其发生短路甚至漏电的行为,这也就极大的限制了导电导热复合材料在该领域中的应用。因此,如何将复合材料整体的导热性能高效化,成为限制其发展最为重要的问题。目前,涉及最多的便是实现填料的定向分布,来提高其局部浓度,进而增强材料的整体导热性能。但是这种方法加工过程繁琐,且填料的定向分布区域不可控,而是处于无规状态,使得材料的整体性能偏差较大且性能单一而难以得到推广。
[0003] 在本发明中的材料结构设计上,通过填料的定向有序分布便可以有效的解决上述难题,使得材料的导热性能更加高效化以及功能的多样化。如在其交替层状结构的一层中加入导电导热填料,另外一层中加入绝缘导热填料,并保证绝缘导热层与电子元器件接触,这样既可以保证材料的整体绝缘性,确保电子元器件的安全运行,同时具有更高热导率的导电导热层还可以在垂直于层方向上对绝缘导热层起到正向协同作用,提高材料整体的热导率,也就是说可以在利用较低含量的绝缘导热填料便可以达到较高的导热系数并同时赋予材料一定的抗静电性和电磁屏蔽性能,使其在电子产品领域中可以得到更为宽广的应用。另外,通过层厚比的调节,还可以有效的降低材料中更为高价的绝缘导热填料的用量,同时增加更为高效且价格低廉的到导电导热填料的应用,从而可以在降低材料整体成本的前提下进一步增强其导热性能。

发明内容

[0004] 针对上述现有技术的不足,本发明提供了一种高分子基绝缘导热复合材料及其制备方法,该复合材料能在降低成本的基础上,提高材料的导热性能,并实现材料的多功能化。
[0005] 本发明解决技术问题的方案是:一种高分子基绝缘导热复合材料,该复合材料是由以下高分子基/导电导热填料预混物、高分子基/绝缘导热填料预混物经熔融塑化、n次层状叠合而形成的2(n+1)层导电导热层、绝缘导热层交替排布的特殊双渝渗结构的复合材料或2(n+1)+1层导电导热层、绝缘导热层交替排布的复合材料,其中材料的最外端均为绝缘导热层。
[0006] 所选用的高分子聚合物可以是聚烯类、聚酰胺类、聚酯类、聚醚类等热塑性塑料中的一种或两种。
[0007] 所选用的导电导热填料可以是石墨炭黑石墨烯纳米管、金、、镍中的一种或几种。
[0008] 所选用的绝缘导热填料可以是碳化、碳化、碳化、碳化锆、碳化铬、碳化钨、氮化硅、氮化硼、氮化铝、化铍、氧化铝和氧化锌中的一种或几种。
[0009] 其导电导热填料的添加量同导电导热层总质量比大于等于3wt%。
[0010] 其绝缘导热填料的添加量同绝缘导热层总质量比大于等于5wt%。
[0011] 本发明还提供了上述高分子基绝缘导热复合材料的制备方法,它包括如下操作步骤:1)利用高搅机将聚合物同导电导热填料或绝缘导热填料按一定比例均匀混合,并真空干燥处理,待用;
2)将上述混合物利用双螺杆挤出机挤出、造粒形成预混物,并再次进行干燥处理;
3)将上述聚合物/导电导热填料预混物、聚合物/绝缘导热填料预混物分别由挤出机A、B熔融挤出,再经过同两台挤出机相连的汇流器(C)、层倍增器(D)、冷却辊构成的微层共挤装置,制备成共2(n+1)层或2(n+1)+1层导电导热层、绝缘导热层交替排布的特殊双渝渗结构的复合材料。
[0012] 本发明专利具有以下优点:1)本发明复合材料由导电导热层和绝缘导热层交替叠合而成,实现材料整体导热性能的正向协同效果,同时实现了材料的多功能化,即可以满足目前电子产品领域所需的防静电性和电磁屏蔽性等多样性要求。具体来说,相较于单独绝缘导热层(相同填料含量)的
0.91w/(m×k),含有导电导热层的多层复合材料热导率最高达到1.43w/(m×k),电磁屏蔽性能也从23dB最多提高到了45dB,平行方向电阻率同样从1.5×1010(Ω×cm)降低到了
1.05×104(Ω×cm),而垂直方向电阻率可以始终在1.5×1010(Ω×cm)(设备的最大量程,等于或超过此值说明已为绝对绝缘体)以上。
[0013] 2)本发明的复合材料由于是在层倍增器这种特殊的结构中实现的分割、叠合,即在熔体状态下实现的,所以层界面处的粘接状况很好、很牢固,不会损坏材料的力学性能等。反而由于两层的互补作用,力学性能有所提高。
[0014] 3)本发明制备方法采用层状复合挤出的一次成型工艺制备方法工艺简单,操作控制方便;通过调节和控制两台挤出机的挤出转速比,可以调整导电导热层和绝缘导热层的厚度,通过控制增减层倍增器的数量,可以调节单层厚度和整体层数,从而可以实现性能和功能的调控。具体讲当扩大导电导热层和绝缘导热层的厚度比时,可以实现大幅降低绝缘导热层填料含量、降低成本并大幅提高材料整体热导率、平行导电性和电磁屏蔽性,进一步实现材料的高性能化和多功能化。
[0015] 4)本发明亦可通过改变材料的配方组分来调控整体的性能参数,如加入增强组分和增韧组分来调节材料的力学性能;加入陶瓷类组分来调节材料的热性能;加入磁性物质来增加其磁感应性能等,即可以在很宽的范围内实现材料的功能组合和性能优化。
[0016] 本发明的复合材料中,聚合物和填料无需进行特殊处理,且制备方法工艺简单,操作控制方便,生产效率高,生产成本低,具有广阔的工业化和市场前景。

具体实施方式

[0017] 下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明:实施例:
本发明的高分子基绝缘导热复合材料,该复合材料是由以下高分子基/导电导热填料预混物、高分子基/绝缘导热填料预混物经熔融塑化、n次层状叠合而形成的2(n+1)层导电导热层、绝缘导热层交替排布的特殊双渝渗结构的复合材料或2(n+1)+1层导电导热层、绝缘导热层交替排布的复合材料,其中材料的最外端均为绝缘导热层。
[0018] 所选用的高分子聚合物可以是聚烯烃类、聚酰胺类、聚酯类、聚醚类等热塑性塑料中的一种或两种。
[0019] 所选用的导电导热填料可以是石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管,铜、银、金、铝、镍中的一种或几种。
[0020] 所选用的绝缘导热填料可以是碳化硅、碳化硼、碳化钛、碳化锆、碳化铬、碳化钨、氮化硅、氮化硼、氮化铝、氧化铍、氧化铝和氧化锌中的一种或几种。
[0021] 其导电导热填料的添加量同导电导热层总质量比大于等于3wt%。
[0022] 其绝缘导热填料的添加量同绝缘导热层总质量比大于等于5wt%。
[0023] 本发明还提供了高分子基绝缘导热复合材料的制备方法,它包括如下操作步骤:1)利用高搅机将聚合物同导电导热填料或绝缘导热填料按一定比例均匀混合,并真空干燥处理,待用;
2)将上述混合物利用双螺杆挤出机挤出、造粒形成预混物,并再次进行干燥处理;
3)将上述聚合物/导电导热填料预混物、聚合物/绝缘导热填料预混物分别由挤出机A、B熔融挤出,再经过同两台挤出机相连的汇流器(C)、层倍增器(D)、冷却辊构成的微层共挤装置,制备成共2(n+1)层或2(n+1)+1层导电导热层、绝缘导热层交替排布的特殊双渝渗结构的复合材料。
[0024] 本发明的复合材料中,聚合物和填料无需进行特殊处理,且制备方法工艺简单,操作控制方便,生产效率高,生产成本低,具有广阔的工业化和市场前景。
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