一种含经原位表面涂层膨胀石墨的导热绝缘复合高分子材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含经原位表面涂层膨胀石墨的导热绝缘复合高分子材料及其制备方法，具体包括以下步骤：采用溶胶

【技术实现步骤摘要】
一种含经原位表面涂层膨胀石墨的导热绝缘复合高分子材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于聚合物材料
，具体涉及一种含经原位表面涂层膨胀石墨的导热绝缘复合高分子材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着现代电子设备和动力电池性能要求的不断提高，散热技术已成为制约相关领域发展的关键因素。因此，为了提高电子设备或动力电池的可靠性和使用寿命，对热界面材料(TIM)的性能要求也越来越高。聚合物基复合材料由于其优异的综合性能，包括耐化学性、低密度和易加工性，成为热管理材料领域的有力竞争者。TIM是发热器和散热器之间的填充介质，其作用在于涂敷在散热器件与发热器件之间，特别是填充在两个表面接触面之间的空气隙，从而降低接触热阻并有效地提高散热效率，通常希望TIM具有高导热、电绝缘、耐腐蚀以及高柔韧性等特性。
[0003]为了实现上述目的，通常将具有高导热性的填料掺入聚合物中用来提高复合材料的导热性能。然而，包括导热硅橡胶复合材料在内的TIM普遍存在的问题，是填料与基体之间的相容性较差，其结果是，一方面导致填料在基体中分散不均，不能有效构建导热通路；另一方面会在填料与基体界面形成高热阻区域，降低甚至阻断声子在基体与填料之间的传导路径，从而导致TIM的导热效果难以满足要求。另外，填料在基体中的不均匀分散，以及两者界面相容性差，也会导致TIM力学性能下降。除此以外，通常作为导热填料的碳材料所固有的导电性，也严重制约了碳材料在对介电性能和电绝缘性有较高要求的电子元器件TIM中的应用。因此，通过简单、高效以及环保的方式制备具备优异综合性能的TIM是当前亟需解决的问题。
[0004]甲基乙烯基硅橡胶(VMQ)是一种分子结构中不含共轭结构，分子链的规整度以及整体结晶度也都较低的硅橡胶。这种硅橡胶中声子的平均自由程并不高，声子很容易在界面或者缺陷发生非弹性散射，导致硅橡胶自身并不具备本征型导热聚合物 (如聚乙炔)优异导热性能，其导热系数一般仅有0.17W/(m
·
K)～0.20W/(m
·
K)。膨胀石墨(EG)是一种具有“蠕虫”状结构的碳系材料。其制备工艺一般分成两步，即先氧化插层，再膨胀化。溶胶
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凝胶法是以无机金属盐或有机金属醇盐为前躯体合成无机氧化物材料的常用方法之一。溶胶
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凝胶反应在室温下分两步完成，四乙氧基硅烷(TEOS)是制备纳米SiO2，最广泛使用的前躯体，可溶于酒精，遇水可水解，可通过改变TEOS含量来调节纳米SiO2层的厚度。因此，溶胶
‑
凝聚法合成纳米SiO2并原位包覆于EG表面的方法简单、高效、重现性好。但目前现有技术中并未对此有所披露。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题，在于EG被选为填料与硅橡胶组成复合材料时，一方面两者界面相容性差导致的EG分散不均无法构建导热通路以及界面热阻高，无法有效提高导
热性能；另一方面EG对复合材料带来的导电问题。因此，本专利技术的思路，一方面，提高EG与硅橡胶的界面相容性，进而提高EG在硅橡胶中的均匀分散以构建连续导热通路，以及通过界面的良好结合降低声子在两相界面的散射，提高导热性能；另一方面，在两相界面因引入纳米SiO2电子传导阻隔层，提高绝缘性能。
[0006]本专利技术在膨胀石墨表面包覆纳米SiO2层，纳米SiO2层与硅橡胶分子链的相互作用可显着提高膨胀石墨与基体的界面结合力，从而降低膨胀石墨的团聚倾向和整体界面热阻，提高导热复合材料的导热系数。而纳米SiO2层的存在阻碍了电子的传导路径，可有效抑制填料EG给复合材料带来的导电性能，从而使该复合材料在保持甚至提高原有绝缘性能的前提下提高导热性能。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术提出一种含经原位表面涂层膨胀石墨的导热绝缘复合高分子材料，是采用溶胶
‑
凝聚法合成纳米SiO2，并原位包覆于EG表面得到EG
‑ꢀ
SiO2，再将EG
‑
SiO2掺入甲基乙烯基硅橡胶VMQ中制备得到该导热绝缘复合高分子材料。
[0008]本专利技术还提出一种含经原位表面涂层膨胀石墨的导热绝缘复合高分子材料的制备方法，由以下质量份的原料组分制备而成：
[0009](1)硅油100质量份；
[0010](2)EG少于等于10质量份；EG
‑
SiO2少于等于10质量份；
[0011](3)铂金催化剂0.1～0.3质量份；
[0012]步骤是：
[0013]步骤(1)：将EG粉末分散在无水乙醇中，然后加入去离子水和NH4OH，磁力搅拌后，得到均匀分散的悬浮液；
[0014]步骤(2)：在步骤(1)悬浮液中加入四乙氧基硅烷TEOS，继续磁力搅拌得到纳米SiO2层包覆的EG悬浊液EG
‑
SiO2；
[0015]步骤(3)：将步骤(2)悬浊液EG
‑
SiO2真空过滤，经洗涤去除过量的SiO2颗粒，获得EG
‑
SiO2；
[0016]步骤(4)：将上述EG或EG
‑
SiO2与配置的VMQ基体置入烧杯中混合，形成均匀分散的EG/VMQ或EG
‑
SiO2/VMQ悬浮液；
[0017]所述VMQ采用如下配置：以平均分子量为50000的乙烯基硅油、平均分子量为5000的乙烯基硅油、甲基乙烯基硅油、1
‑
乙炔基
‑1‑
环己醇以及铂金催化剂，经室温下机械搅拌后加入含氢硅油，继续机械搅拌后得到所需VMQ基体；
[0018]其中1
‑
乙炔基
‑1‑
环己醇为抑制剂，其作用为防止所得VMQ在室温下发生固化，而甲基乙烯基硅油中含有支化结构，能够使所得VMQ在硫化过程中产生交联网状结构；
[0019]步骤(5)：将步骤(4)所述悬浮液在平板硫化机上，通过化学交联反应模压成型，经冷压得到导热绝缘复合高分子材料。
[0020]进一步的，所述导热绝缘复合高分子材料的活性组分为EG，其中，所述EG和 VMQ基体的质量比为0～10∶90～100。
[0021]进一步具体的，本专利技术通过溶胶
‑
凝胶法合成纳米SiO2并原位包覆于EG表面，再与VMQ复合的导热绝缘复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0022]步骤(1)：将1.4g的EG粉末分散在200ml的无水乙醇中，然后加入40ml的去离子水和30ml NH4OH，磁力搅拌后，得到均匀分散的悬浮液。
[0023]步骤(2)：在上述悬浊液中加入3.5ml四乙氧基硅烷(TEOS)，继续磁力搅拌 6h，得到纳米SiO2层包覆的EG(EG
‑
SiO2)悬浊液。
[0024]步骤(3)：将上述EG
‑
SiO2悬浮液真空过滤，并用乙醇和去离子水洗涤数次以去除过量的SiO2颗粒，获得EG
‑
SiO2。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用溶胶
‑
凝胶法合成纳米二氧化硅(纳米SiO2)并原位包覆膨胀石墨(EG)复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)：将1.4g的EG粉末分散在200ml的无水乙醇中，然后加入40ml的去离子水和30mlNH4OH，磁力搅拌后，得到均匀分散的悬浮液。步骤(2)：在上述悬浊液中加入3.5ml四乙氧基硅烷(TEOS)，继续磁力搅拌6h，得到纳米SiO2层包覆的EG(EG
‑
SiO2)悬浊液。步骤(3)：将上述EG
‑
SiO2悬浮液真空过滤，并用乙醇和去离子水洗涤数次以去除过量的SiO2颗粒，获得EG
‑
SiO2。步骤(4)：在室温下，将EG或EG
‑
SiO2与所配置的VMQ置入烧杯中混合，形成均匀分散的EG/VMQ或EG
‑
SiO2/VMQ悬浮液。步骤(5)：将上述悬浮液在平板硫化机上，通过化学交联反应模压成型，最后经冷压得到导热复合材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴唯，刘兴荣，
申请(专利权)人：华东理工大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：