【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及包含复合材料的片材，该复合材料包含聚合物和六方氮化硼颗粒，其中该六方氮化硼颗粒包含在垂直于片材的平面方向的方向上取向的片状六方氮化硼颗粒。
技术介绍
1、导热聚合物化合物用于热管理解决方案。对于如移动装置中的电子装置、led技术、电动车辆和5g技术，对导热和电绝缘聚合物材料的需求不断增长。为了改善这些材料的性能，需要提高热导率。为此，使用导热填料，诸如氮化硼、氧化铝、氮化铝、碳化硅、氮化硅、氧化镁或矿物质。随着导热填料的负载量增加，可以获得更高的热导率值。化合物中填料的最大负载量通常会限制可实现的热导率。
2、对于5g技术应用，需要具有高导热性、电绝缘性和低电容率(即低介电常数)以及低耗散因子的材料。对于许多5g应用，这些热界面材料需要采用薄膜或片材的形式。通常希望这些膜或片材的热导率在垂直于膜平面的方向上尽可能高，即，需要高的贯穿面热导率。
3、us2010/0200801 a1公开了一种包含基础基质的热界面材料，该基础基质包含聚合物和5重量％至90重量％、优选20重量％至60重量％的具有片状结构的氮化硼填料，其中氮化硼颗粒的片状结构基本上对齐，以使热界面材料具有至少1w/m*k的堆积热导率。将热界面材料挤出成片材。作为第二步骤，可将片材堆叠、压制、固化并在与堆叠方向垂直的方向上切片，或者可将片材压缩轧制成卷、固化并在与轧制方向垂直的方向上切成多个圆形垫。
4、wo 2019/097445 a1公开了一种聚合物基质复合材料，其包含多孔聚合物网络和分布在聚合物网络结构内的多个导热颗粒
5、需要具有高贯穿面热导率和良好介电特性(即低介电常数和低介电损耗因子)的导热、电绝缘热界面材料。
6、如本文所用，“一个”、“一种”、“该/所述”、“至少一个(种)”和“一个(种)或多个(种)”可互换使用。术语“包含”还应包括术语“基本上由……组成”和“由……组成”。
技术实现思路
1、在第一方面，本公开涉及一种包含复合材料的片材，该复合材料包含聚合物和六方氮化硼颗粒，其中六方氮化硼颗粒包含片状六方氮化硼颗粒，并且其中片状六方氮化硼颗粒在垂直于片材的平面方向的方向上取向，并且其中基于复合材料的总重量，复合材料包含至少70重量％的六方氮化硼颗粒，并且其中片材具有大于12w/m*k的贯穿面热导率。
2、在另一方面，本公开还涉及一种用于生产如本文所公开的片材的方法，该方法包括：
3、提供聚合物、溶剂和包含片状六方氮化硼颗粒的六方氮化硼颗粒，
4、将聚合物、溶剂和六方氮化硼颗粒混合，以形成六方氮化硼颗粒在聚合物-溶剂溶液中的悬浮液，其中聚合物-溶剂溶液中的聚合物具有熔点，并且其中溶剂具有沸点，并且其中将聚合物、溶剂和六方氮化硼颗粒混合在高于聚合物-溶剂溶液中的聚合物的熔点并低于溶剂的沸点的温度下进行，
5、使悬浮液形成为膜，其中片状六方氮化硼颗粒在平行于膜的平面方向的方向上取向，
6、诱导聚合物与溶剂相分离，
7、从膜中除去溶剂的至少一部分，以获得多孔膜，
8、任选地压缩多孔膜，以获得致密膜，
9、将多孔膜或致密膜的多个层一个接一个地堆叠，以获得膜堆叠体，压制膜堆叠体，以获得粘结的膜堆叠体，以及
10、在垂直于所堆叠的膜层的平面的方向上从粘结的膜堆叠体切割片材。
11、在另一方面，本公开还涉及一种用于生产如本文所公开的片材的方法，该方法包括：
12、提供聚合物、溶剂和包含片状六方氮化硼颗粒的六方氮化硼颗粒，
13、将聚合物、溶剂和六方氮化硼颗粒混合以形成浆料，其中浆料是聚合物和六方氮化硼颗粒在溶剂中的悬浮液，并且其中聚合物具有熔点，并且其中溶剂具有沸点，并且其中将聚合物、溶剂和六方氮化硼颗粒混合在低于聚合物的熔点并低于溶剂的沸点下进行，
14、使浆料形成为膜，其中片状六方氮化硼颗粒在平行于膜的平面方向的方向上取向，
15、在环境中加热膜，以在膜中保留基于膜中溶剂的重量计至少90重量％的溶剂，并且使基于聚合物的总重量计至少50重量％的聚合物溶解在溶剂中，
16、诱导聚合物与溶剂相分离，
17、从膜中除去溶剂的至少一部分，以获得多孔膜，
18、任选地压缩多孔膜，以获得致密膜，
19、将多孔膜或致密膜的多个层一个接一个地堆叠，以获得膜堆叠体，压制膜堆叠体，以获得粘结的膜堆叠体，以及
20、在垂直于所堆叠的膜层的平面的方向上从粘结的膜堆叠体切割片材。
21、本文所公开的片材包含高度取向的氮化硼片状颗粒，因此具有高度各向异性的特性，特别是高度各向异性的导热特性。
22、本文所公开的膜包含垂直于片材平面取向的氮化硼片状颗粒，并具有高的贯穿面热导率。
23、由于高的贯穿面热导率，如本文所公开的片材允许更快和更有效地移除热量。与填充有氮化硼的其他聚合物片材相比，本文所公开的片材具有比面内热导率更高的贯穿面热导率。
24、此外，本文所公开的片材具有良好的介电特性，特别是低电容率和低耗散因子。
25、通常，本文所公开的片材不含有机硅。
26、如本文所用，“相分离”是指其中颗粒均匀地分散在均相聚合物-溶剂溶液中的过程，该均相聚合物-溶剂溶液(例如通过温度或溶剂浓度的变化)转变成连续的三维复合材料，即聚合物基质复合材料。在本文所公开的第一方法中，通过使用湿法或干法的溶剂诱导相分离(sips)或热诱导相分离(tips)方法来实现相分离。在本文所公开的第二方法中，在聚合物变得与溶剂可混溶之前形成期望的制品(即，膜)，并且相分离是热诱导相分离方法。
27、如本文所用，“可混溶的”是指物质以所有比例混合(即，以任何浓度彼此完全溶解)形成溶液的能力，其中对于某些溶剂-聚合物体系，可需要热使聚合物与溶剂混溶。相反，如果很大一部分没有形成溶液，则物质是不混溶的。例如，丁酮在水中是显著可溶的，但这两种溶剂是不可混溶的，因为它们不能以所有比例溶解。
28、通常，基于颗粒和粘结剂的体积，可在传统颗粒填充的复合材料(致密聚合物膜、粘合剂等)中实现的最大颗粒负载不超过约40体积％至60体积％。将超过60体积％的颗粒掺入传统的颗粒填充的复合材料中通常是不可实现的，因为此类高颗粒负载的材料不能经由涂布或挤出方法来加工并且/或者所得复合材料变得非常易碎。传统的复合材料通常还用粘结剂完全包封颗粒，从而防止进入颗粒表面并且最小化潜在的颗粒与颗粒接触。通常，导热颗粒填充的复合材料的热导率随着颗粒负载的增加而增加，从而使得可期望更高的颗粒负载。令人惊奇的是，用本文所述的方法获得的高含量的溶剂和相分离形态使得能够以相对较低量的高分子量粘结剂实现相对较高的颗粒负载。虽然不想受到理论的限制，但据信本文所述的复合材料的实施方案的另一个优点在于，颗粒不用粘结剂完全涂布，从而能够实现高度的颗粒表面接触，而不会由于粘结剂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种包含复合材料的片材，所述复合材料包含聚合物和六方氮化硼颗粒，其中所述六方氮化硼颗粒包含片状六方氮化硼颗粒，并且其中所述片状六方氮化硼颗粒在垂直于所述片材的平面方向的方向上取向，并且其中基于所述复合材料的总重量，所述复合材料包含至少70重量％的所述六方氮化硼颗粒，并且其中所述片材具有大于12W/m*K的贯穿面热导率。
2.根据权利要求1所述的片材，其中所述复合材料是通过将包含多孔聚合物网络的材料致密化而获得的。
3.根据权利要求1或2所述的片材，其中基于所述复合材料的总重量，所述复合材料包含至少80重量％、优选至少85重量％、更优选至少90重量％、更优选大于90重量％的所述六方氮化硼颗粒。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的片材，其中所述片材具有至少15W/m*K的贯穿面热导率。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的片材，其中所述片材的取向指数大于4.0。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的片材，其中基于所述复合材料的总重量，所述复合材料还包含0.1重量％至10重量％的矿物油。
7.根据权利要求1至
8.根据权利要求1至7中任一项所述的片材，其中所述聚合物是具有在5×104g/mol至1×107g/mol范围内的数均分子量的超高分子量聚乙烯。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的片材，其中所述复合材料具有至多40％的孔隙率。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的片材，其中所述片材具有30至150的肖氏D硬度。
11.一种用于生产根据权利要求1至10中的任一项所述的片材的方法，所述方法包括：
12.一种用于生产根据权利要求1至10中的任一项所述的片材的方法，所述方法包括：
13.根据权利要求11或12所述的方法，还包括：
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中压制所述膜堆叠体在至少110℉的温度下进行。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，还包括：
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其中压制所述膜堆叠体在至少2.0MPa的压制压力下进行。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其中压制所述膜堆叠体在压制方向上进行，同时在垂直于所述压制方向的第一方向上约束所述膜堆叠体。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的方法，其中压制所述膜堆叠体在压制方向上进行，同时在垂直于所述压制方向的第一方向上和垂直于所述压制方向的第二方向上约束所述膜堆叠体，并且其中所述第一方向垂直于所述第二方向。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种包含复合材料的片材，所述复合材料包含聚合物和六方氮化硼颗粒，其中所述六方氮化硼颗粒包含片状六方氮化硼颗粒，并且其中所述片状六方氮化硼颗粒在垂直于所述片材的平面方向的方向上取向，并且其中基于所述复合材料的总重量，所述复合材料包含至少70重量％的所述六方氮化硼颗粒，并且其中所述片材具有大于12w/m*k的贯穿面热导率。
2.根据权利要求1所述的片材，其中所述复合材料是通过将包含多孔聚合物网络的材料致密化而获得的。
3.根据权利要求1或2所述的片材，其中基于所述复合材料的总重量，所述复合材料包含至少80重量％、优选至少85重量％、更优选至少90重量％、更优选大于90重量％的所述六方氮化硼颗粒。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的片材，其中所述片材具有至少15w/m*k的贯穿面热导率。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的片材，其中所述片材的取向指数大于4.0。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的片材，其中基于所述复合材料的总重量，所述复合材料还包含0.1重量％至10重量％的矿物油。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的片材，其中所述聚合物选自由以下组成的组：聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚苯醚、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚烯烃、苯乙烯、基于苯乙烯的共聚物、苯乙烯基共聚物、氯化聚合物、氟化聚合物、乙烯和三氟氯乙烯的共聚物以及它们的组合。
【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文·D·所罗门松，德里克·J·德恩，亚历山大·米苏拉，保罗·T·海因斯，加特·V·安蒂拉，布林达·B·巴德里，马修·H·弗雷，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：
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