一种氮化硼/环氧树脂导热绝缘复合材料的制备方法技术

本发明专利技术的一种氮化硼/环氧树脂导热绝缘复合材料的制备方法，属于导热绝缘复合材料的制备领域。首先对氮化硼粉末进行退火预处理，后用硅烷偶联剂进行表面修饰改性，再将改性后的六方氮化硼微粉及改性后的立方氮化硼微粉按照一定比例对环氧树脂基体进行填充。本发明专利技术工艺简单，通过采用不同形貌和尺寸、不同相结构的氮化硼进行添加，构筑有效的导热通路，最终改善环氧树脂的导热性能。改性后六方氮化硼与树脂间界面结合紧密，片状六方氮化硼与块状立方氮化硼在环氧树脂内相互搭接，形成良好的导热网络，有效地降低了界面热阻，利于热量的快速传递，提高了环氧树脂的导热性能，并且制备的复合材料具有良好的绝缘性，提升了复合材料的力学性质。

Preparation of Boron Nitride/Epoxy Resin Thermal Conductive Insulation Composite

The invention relates to a preparation method of boron nitride/epoxy resin thermal conductive insulation composite material, which belongs to the preparation field of thermal conductive insulation composite material. Firstly, the boron nitride powder was annealed and then modified with silane coupling agent. Then the modified hexagonal boron nitride powder and the modified cubic boron nitride powder were filled into the epoxy resin matrix in a certain proportion. The process of the invention is simple. By adding boron nitride with different morphology, size and phase structure, an effective heat conduction path is constructed, and the thermal conductivity of the epoxy resin is finally improved. After modification, the interface between hexagonal boron nitride and resin is closely bonded. Flake hexagonal boron nitride and block cubic boron nitride overlap each other in epoxy resin to form a good thermal conductivity network, which effectively reduces the interface thermal resistance, facilitates the rapid heat transfer, improves the thermal conductivity of epoxy resin, and the prepared composite material has good insulation and enhances the strength of the composite material. Academic nature.

【技术实现步骤摘要】
一种氮化硼/环氧树脂导热绝缘复合材料的制备方法
本专利技术属于导热绝缘复合材料制备的
，具体涉及对氮化硼的表面改性，以及氮化硼/环氧树脂复合材料的制备方法。
技术介绍
电子元器件是电子工业的基础。在微电子封装领域快速发展的组装技术和集成技术，电子器件和逻辑电路的日益微型化、高频化等都需要良好耐热、低膨胀的高导热绝缘材料。因此，封装技术和材料对于保证电子元器件正常工作是至关重要的。目前常用的电子封装材料主要以塑料封装为主，其中环氧树脂材料因其具有成本低廉、成型工艺简单、绝缘性能高、粘结性好、阻燃性好、耐腐蚀性强等优点，在封装材料中一枝独秀。世界范围内的电子元器件的整体计身，有95％的封装都是由环氧树脂来完成的。但是环氧树脂的热导率较低、散热性能差，无法将电子器件的热量很好地扩散出去，造成很大的安全隐患，远远不能适应当前微电子技术的快速发展。因此，研发导热绝缘且综合性能优异的电子封装材料，具有十分重要的意义。目前提高环氧树脂热学性能的主要途径是加入高导热填料。在众多高导热填料中，氮化硼材料无论是立方相(c-BN)还是六方相(h-BN)因其具有优异的热传导性、化学稳定性、抗氧化性、电绝缘性和低热膨胀系数，都是导热填料的备选材料。其中的六方氮化硼与石墨相似的层状结构和晶格常数，有“白色石墨”之称，是陶瓷材料中导热最大的材料之一，沿面内的导热率高达300W/(m·k)，更是制备导热绝缘复合材料的理想填料。目前已有研究通过向环氧树脂基体中直接添加立方氮化硼粉末，来制备具有高导热性质的环氧树脂复合材料，但是直接添加六方氮化硼就需要很高的填充量才能明显提高环氧树脂导热率。六方氮化硼在环氧树脂中分散性较差，容易团聚，而且与基体连接不紧密，很容易出现孔隙从而增加复合材料界面热阻。因此有研究对无机填料进行了修饰改性，增加填料表面的官能团，使得无机填料在环氧树脂之间连接更加紧密，但是已有修饰改性的方法一般都需要苛刻的反应条件，比如利用反应釜高温加热的方法或者利用强酸强碱进行处理等方法对六方氮化硼表面进行修饰，反应釜加温过高会产生巨大压力容易发生危险，使用强酸强碱以及有腐蚀性的化学试剂，废液的后续处理不利于环保。现有研究对六方氮化硼进行改性的方法，通常需要多种化学试剂，而且反应条件较为苛刻，操作步骤较为繁琐。所以便捷的修饰改性的方法就显得十分必要。为提高环氧树脂材料的导热率，填料在基体内部是否形成导热通道也十分重要，导热链或导热网在环氧树脂中形成，可以使复合材料的导热性能得到显著提高。无论是六方还是立方氮化硼表面的化学基团都极少，表面性质稳定，将其加入导热基体当中去，不能很好地分散，更不能很好地构成导热通路，热导率提高较低。因此，如何对氮化硼表面进行化学改性以提高其分散性和在环氧树脂基体内构筑有效的导热通路是提高复合材料导热率的首要难题。本专利技术提供了一种氮化硼表面的改性方法，通过采用不同形貌和尺寸、不同相结构的氮化硼进行添加，构筑有效的导热通路，最终改善环氧树脂的导热性能。
技术实现思路
本专利技术针对目前技术背景中存在的不足，提供了一种简单有效的氮化硼/环氧树脂导热绝缘复合材料的制备方法，将六方氮化硼及立方氮化硼进行表面改性，然后按照一定比例将其填充到环氧树脂中，改性后的六方氮化硼及立方氮化硼与环氧树脂结合良好，在环氧树脂中形成良好的导热通路，不仅有效的提高了环氧树脂复合材料的导热性能，而且绝缘性良好。本专利技术的具体技术方案是：一种氮化硼/环氧树脂导热绝缘复合材料的制备方法，以环氧树脂为基体，以氮化硼粉末为填料，所述的氮化硼粉末，是六方氮化硼微粉、立方氮化硼微粉、六方氮化硼纳米片中的1～2种；按填料的退火处理、填料的改性处理、填料与基体混合、脱泡固化处理的步骤进行制备；所述的填料的退火处理，是分别将氮化硼粉末在750～1000℃下退火1～2h，再研磨待用；所述的填料的改性处理，是将硅烷偶联剂加入到乙醇水溶液中，磁力搅拌至水解，得到混合溶液，其中硅烷偶联剂与无水乙醇与去离子水的质量比为1:144:16；将经退火处理后的氮化硼粉末分别加入混合溶液，60℃下搅拌1～2h，然后用无水乙醇抽滤清洗，去除多余的硅烷偶联剂，经真空干燥，分别得到硅烷偶联剂改性的氮化硼粉末，其中硅烷偶联剂的用量与每种氮化硼粉末的质量比均为1:20；所述的填料与基体混合，是以无水乙醇作为非活性稀释剂，将环氧树脂加入到无水乙醇中混合均匀，得到稀释后的环氧树脂，再将硅烷偶联剂改性的氮化硼粉末加入稀释后的环氧树脂中，超声处理，得到氮化硼与环氧树脂混合物；其中，环氧树脂与无水乙醇的用量质量体积比(g/mL)为5:3，氮化硼粉末总质量与环氧树脂的用量质量比为0.75～3.25:5；所述的脱泡固化处理，是在氮化硼与环氧树脂混合物中加入固化剂，混合均匀后进行真空脱泡，再倒入模具中，室温预固化1～3h，然后升温至80℃固化1～4h，自然冷却至室温脱模，得到氮化硼/环氧树脂导热绝缘复合材料；其中固化剂为650聚酰胺固化剂，用量与环氧树脂等量。根据本专利技术具体实施方式，所述的氮化硼粉末，优选的六方氮化硼微粉粒径尺寸约为1～45微米，立方氮化硼微粉粒径尺寸约为37～44微米，六方氮化硼纳米片的厚度为50纳米以下。在使用两种氮化硼粉末时，六方氮化硼微粉或六方氮化硼纳米片与立方氮化硼微粉的用量质量比为0.75～1:2.25。根据本专利技术具体实施方式，所述环氧树脂优选E-44双酚A型环氧树脂，环氧当值为0.41～0.48mol/100g，室温粘度为12000mPaS。根据本专利技术具体实施方式，优选的，在上述填料的退火处理中，所述退火的温度，对于六方氮化硼微粉、六方氮化硼纳米片退火温度为1000℃，退火时间为1～2h；对于立方氮化硼微粉退火温度为750℃，退火时间为1～2h；升温速率均为10℃/min。根据本专利技术具体实施方式，优选的，在上述填料的改性处理中，所述的磁力搅拌，搅拌时间为10～30min。根据本专利技术具体实施方式，优选的，在上述填料的改性处理中，所述的真空干燥的温度为100～110℃，干燥时间为10～12h。根据本专利技术具体实施方式，优选的，在上述填料与基体混合中，所述的超声处理，超声功率为60W，频率为40～60kHz，处理时间为10～30min。根据本专利技术具体实施方式，优选的，在上述脱泡固化处理中，所述的650聚酰胺固化剂，胺值为200±20mgKOH/g，真空脱泡时间为10～30min。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过退火处理六方氮化硼粉末及立方氮化硼颗粒样品后，成功在其表面修饰了羟基，然后采用硅烷偶联剂KH-550进行了偶联处理，对氮化硼表面进行化学改性修饰，使其有效的与环氧树脂基体相结合，抑制了填料加入后基体内孔隙的产生，有利于热量传递。此方法简便高效利于操作，大批量工业化生产需要，绿色环保，而且不改变氮化硼晶体结构。本专利技术通过将层状六方氮化硼粉末和颗粒状立方氮化硼粉末按照不同比例填充到环氧树脂内，层状的六方氮化硼的片层间粘附了大量的立方氮化硼颗粒，形成了网络相互穿插，形成补充交联，不仅促使环氧树脂基体中形成有效导热网格状平面结构，并且还降低了片层间的界面电阻，在环氧树脂内部形成了有效的导热通路。此外，与填充金属颗粒不同的是，填充的立方氮化硼颗粒能够使得基体保持很好的电绝缘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化硼/环氧树脂导热绝缘复合材料的制备方法，以环氧树脂为基体，以氮化硼粉末为填料，所述的氮化硼粉末，是六方氮化硼微粉、立方氮化硼微粉、六方氮化硼纳米片中的1～2种；按填料的退火处理、填料的改性处理、填料与基体混合、脱泡固化处理的步骤进行制备；所述的填料的退火处理，是分别将氮化硼粉末在750～1000℃下退火1～2h，再研磨待用；所述的填料的改性处理，是将硅烷偶联剂加入到乙醇水溶液中，磁力搅拌至水解，得到混合溶液，其中硅烷偶联剂与无水乙醇与去离子水的质量比为1:144:16；将经退火处理后的氮化硼粉末分别加入混合溶液，60℃下搅拌1～2h，然后用无水乙醇抽滤清洗，去除多余的硅烷偶联剂，经真空干燥，分别得到硅烷偶联剂改性的氮化硼粉末，其中硅烷偶联剂的用量与每种氮化硼粉末的质量比均为1:20；所述的填料与基体混合，是以无水乙醇作为非活性稀释剂，将环氧树脂加入到无水乙醇中混合均匀，得到稀释后的环氧树脂，再将硅烷偶联剂改性的氮化硼粉末加入稀释后的环氧树脂中，超声处理，得到氮化硼与环氧树脂混合物；其中，环氧树脂与无水乙醇的用量质量体积比为5:3，氮化硼粉末总质量与环氧树脂的用量质量比为0.75～3.25:5；所述的脱泡固化处理，是在氮化硼与环氧树脂混合物中加入固化剂，混合均匀后进行真空脱泡，再倒入模具中，室温预固化1～3h，然后升温至80℃固化1～4h，自然冷却至室温脱模，得到氮化硼/环氧树脂导热绝缘复合材料；其中固化剂为650聚酰胺固化剂，用量与环氧树脂等量。...

【技术特征摘要】
1.一种氮化硼/环氧树脂导热绝缘复合材料的制备方法，以环氧树脂为基体，以氮化硼粉末为填料，所述的氮化硼粉末，是六方氮化硼微粉、立方氮化硼微粉、六方氮化硼纳米片中的1～2种；按填料的退火处理、填料的改性处理、填料与基体混合、脱泡固化处理的步骤进行制备；所述的填料的退火处理，是分别将氮化硼粉末在750～1000℃下退火1～2h，再研磨待用；所述的填料的改性处理，是将硅烷偶联剂加入到乙醇水溶液中，磁力搅拌至水解，得到混合溶液，其中硅烷偶联剂与无水乙醇与去离子水的质量比为1:144:16；将经退火处理后的氮化硼粉末分别加入混合溶液，60℃下搅拌1～2h，然后用无水乙醇抽滤清洗，去除多余的硅烷偶联剂，经真空干燥，分别得到硅烷偶联剂改性的氮化硼粉末，其中硅烷偶联剂的用量与每种氮化硼粉末的质量比均为1:20；所述的填料与基体混合，是以无水乙醇作为非活性稀释剂，将环氧树脂加入到无水乙醇中混合均匀，得到稀释后的环氧树脂，再将硅烷偶联剂改性的氮化硼粉末加入稀释后的环氧树脂中，超声处理，得到氮化硼与环氧树脂混合物；其中，环氧树脂与无水乙醇的用量质量体积比为5:3，氮化硼粉末总质量与环氧树脂的用量质量比为0.75～3.25:5；所述的脱泡固化处理，是在氮化硼与环氧树脂混合物中加入固化剂，混合均匀后进行真空脱泡，再倒入模具中，室温预固化1～3h，然后升温至80℃固化1～4h，自然冷却至室温脱模，得到氮化硼/环氧树脂导热绝缘复合材料；其中固化剂为650聚酰胺固化剂，用量与环氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷红，张誉元，高伟，李宇靖，何月，孙晓燕，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22