一种导热绝缘复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术申请提供一种导热绝缘复合材料及其制备方法，该复合材料按照距离热源由近及远的顺序依次为传导层和散热层，所述的导热绝缘复合材料的表面，一面为光面，一面为粗糙面，光面用于接收热源，光面可以大幅度降低接触热阻，可以更好地快速吸收热能；粗糙面为散热面，具有蜂窝状微孔结构，可以提高远红外辐射系数，加速对流，提高材料的散热能力。该复合材料的导热系数可以达到8-20W/m.k，远红外辐射系数可以达到0.9以上，具有良好的导热性能，并且保持了其固有的良好加工性和绝缘性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术申请提供，该复合材料按照距离热源由近及远的顺序依次为传导层和散热层，所述的导热绝缘复合材料的表面，一面为光面，一面为粗糙面，光面用于接收热源，光面可以大幅度降低接触热阻，可以更好地快速吸收热能；粗糙面为散热面，具有蜂窝状微孔结构，可以提高远红外辐射系数，加速对流，提高材料的散热能力。该复合材料的导热系数可以达到8-20W/m.k，远红外辐射系数可以达到0.9以上，具有良好的导热性能，并且保持了其固有的良好加工性和绝缘性。【专利说明】
本专利技术涉及一种高分子复合材料及其制备方法，具体涉及到PC导热绝缘塑料及其制备方法和应用，属于高分子材料
。
技术介绍
随着电子电器产品的产业化，散热问题越来越成为制约电子、电器产品发展的瓶颈，并且是需迫切解决的关键要素，特别是随着光电行业的大功率LED等电子电器的迅猛发展，散热问题成为技术进步的关键。目前，光电行业的散热大多选用2种方式:1、95%以上的是传统金属铝材散热的系统:金属铝导热性能优良，但铝材本身不绝缘，为了安全需要增加绝缘胶或套，而绝缘胶或套一般导热较差，对散热是不利的，同时铝材本身的辐射系数较低，降低了其综合的导热效能；同时从生产效率来讲，金属铝散热器生产环节包括浇铸，压铸，打磨，抛光，等一系列工艺，需要进行二次加工，大大延长了产品的生产周期，同时对环境产生污染(工艺中的镀镍，氮化过程)，不利于回收，所以在国外这种产品逐步退出市场；2、其他就是陶瓷材料或功能性塑料来做散热系统，目前大家一般都用无机非金属材料，包括金属氧化物Al203、Mg0、Si02，金属氮化物AlN、Si3N4、BN等，以其为填料来形成的导热绝缘塑料，其导热系数一般在1.5-5ff/m.k左右，而有的选用包括金属、碳基填料形成的导热塑料，其导热系数可以做到5.0-8ff/m.k或更高，但它同时其导电性能也很高，在光电行业中的应用有很大局限性。导热绝缘塑料材料一般是为电子产品散热而研发的一种高分子复合材料，主要是用来代替铝等金属材料，作为轻型散热材料。目前，我国国内制造的具有绝缘的导热塑料材料的导热系数一般在1.5W/m.k左右，而国外导热系数一般也在5-8W/m.k。
技术实现思路
本专利技术申请即是针对目前导热绝缘材料存在的上述问题，提供一种新的导热绝缘复合材料，该复合材料的导热系数可以达到8-20W/m.k，远红外辐射系数可以达到0.9以上，具有良好的导热性能，并且保持了其固有的良好加工性和绝缘性。本专利技术申请的目的之一是提供一种导热绝缘复合材料，该复合材料按照距离热源由近及远的顺序依次为传导层和散热层，传导层包括组分一、组分二和组分三，散热层包括组分四，各组分的构成与百分含量如下所述:1、组分一包括:1)石墨烯片=1-1.5% ;2)碳纤维:1-3% ;3)碳化硅晶须:1.5-5% ；4)六方氮化硼粉末:8-20% ；5)氮化铝(AlN)粉末:5-15% ；6)锐钛型二氧化钛(TiO2)微粒(该粒子加工工艺成熟，市售可得):1-5% ；2、组分二包括:1)增韧剂，是一种核壳结构的耐寒增韧剂，核是丁二烯-苯乙烯橡胶，壳是聚甲基丙烯酸甲酯(硬壳)，对材料的流动性影响小，同时能改善PC耐应力开裂的缺点，改善材料对水的敏感性，对材料有显著的增韧效果，添加量:0.5-3% ；2)阻燃剂，为有机硅类磺酸盐，其阻燃机理是加速催化成碳，在PC表面形成致密碳层，最终达到阻燃，添加量:0.l-0.25% ；3)抗应力开裂剂是乙基/氢化腈/丙烯酸脂三元共聚接枝物，能有效地解决PC的耐化学溶剂性，有效消除内应力，添加量为:0.5-3% ；4)润滑剂:由脂肪酸酰胺与硅氧烷润滑剂按3:1混合配比所制的，添加量为:0.1-2% ；5)偶联剂:由KH.560硅烷和NDZ.201钛酸酯偶联剂，按2:1混合配比所制，添加量为:0.2-0.5% ；6)饱和聚酯:为聚对苯二甲酸乙二醇酯，添加量为5-10% ;7)聚碳酸酯(PC)为双酚A型聚碳酸酯，其分子量为20000-30000，添加量:50-80% ；3、组分三包括母粒子，母粒子是组分一和组分二经过如下工艺制得:I)原料的预处理:包括干燥处理和表面预处理，先将无机填料(碳化硅、氮化硼、氮化铝和二氧化钛)分批单个(即每种无机填料均先单独进行预处理)加入混合机内，混合温度为20-50°C，在50-100转/分钟的低速搅拌中加入偶联剂(按照100:0.5比例添加)，混合均匀后逐渐升温至120°C，再以400-800转/分钟的高速搅拌2-5分钟，使填料粒子表面经特殊处理后便于与树脂结合，同时分别将聚碳酸酯和饱和聚酯于110°C _120°C的温度下鼓风干燥3-6小时，使其水分含量低于0.02% ；2)混合:将经过偶联剂表面处理的无机填料(碳化硅、氮化硼、氮化铝和二氧化钛)和烘干后的组分二树脂(即聚碳酸酯和饱和聚酯)及各种助剂(包括增韧剂、阻燃剂、抗应力开裂剂、润滑剂、偶联剂)按上文所述配比进行混合，混合温度为20-50°C，转速为100-800转/分钟，混合时间为5-10分钟；3)挤出:将混合料与导热填料石墨烯和碳纤维分别加温至150°C -270°c，当上述混合料变成熔体后，石墨烯和碳纤维先后进入料斗搅拌，充分均匀混合后，在双螺杆挤出机的5-6区进入，物料被螺杆连续挤出机头，进入模具保温反应1.5-2.5小时定型，经降温冷却至室温10°C _25°C，然后经牵引、切割成型为1.0-1.2mm厚度的胚板；挤出时双螺杆挤出机各段加工温度分别设定1-2区温度为270°C -300°C, 3-4区温度为 280°C -310°C，5-6 区温度为 290°C -320°C，7-8 区温度为 300°C -330°C，9-10 区温度为3000C -3350C，模头温度100°C -120°C，双螺杆长径比40，螺杆转速为260转/分钟，喂料机转速为10转/分钟；上述双螺杆挤出机有2个抽真空处，一处真空口在温控4区，即导热石墨烯与碳纤维入口处的前一处，另一处在温控8区；4)造粒:通过粉碎设备,把胚板粉碎成0.5*0.5*1.0毫米的标准母粒子；4、散热层:散热层厚度为60-80um，组分四包括:1)椰炭粉末:1_6%;2)粒径6.8-15nm的锐钛型二氧化钛(TiO2)纳米粒子:3_5%，3)氮化铝(AlN)纳米粒子:3_5% (散热层粒子选取的是纳米级的，其在表面更容易生成超氧化物阴离子自由基，这些自由基具有光催化分解有害气体作用，同时可以带动热量的散发，这与传导层选用微米级的粉粒使用其光扩散功能是不一样的)；4)聚碳酸酯(PC)为双酚A型聚碳酸酯，其分子量为20000-30000，添加量:84-94%。本专利技术申请所述的导热绝缘复合材料的表面，一面为光面，一面为粗糙面，光面用于接收热源，光面可以大幅度降低接触热阻，可以更好地快速吸收热能；粗糙面为散热面，具有蜂窝状微孔结构，可以提高远红外辐射系数，加速对流，提高材料的散热能力。进一步的，所述石墨烯片的长度为3-20μπι，厚度为20nm，添加量为总量的1-1.5%，可以使其在添加量极少的情况下，就可以使热量在水平方向更快速地传导。进一步的，所述碳纤维的长度为5 μ m，直径50-200nm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导热绝缘复合材料，其特征在于：所述复合材料按照距离热源由近及远的顺序依次为传导层和散热层，传导层包括组分一、组分二和组分三，散热层包括组分四，各组分的构成与百分含量如下所述：A、组分一包括：1）石墨烯片：1‑1.5%；2）碳纤维：1‑3%；3）碳化硅晶须：1.5‑5%；4）六方氮化硼粉末：8‑20%；5）氮化铝（AlN）粉末：5‑15%；6）锐钛型二氧化钛（TiO2）微粒：1‑5%；B、组分二包括：1）增韧剂，是一种核壳结构的耐寒增韧剂，核是丁二烯‑苯乙烯橡胶，壳是聚甲基丙烯酸甲酯，对材料的流动性影响小，同时能改善PC耐应力开裂的缺点，改善材料对水的敏感性，对材料有显著的增韧效果，添加量：0.5‑3%；2）阻燃剂，为有机硅类磺酸盐，其阻燃机理是加速催化成碳,在PC表面形成致密碳层，最终达到阻燃，添加量：0.1‑0.25%；3）抗应力开裂剂是乙基/氢化腈/丙烯酸脂三元共聚接枝物，能有效地解决PC的耐化学溶剂性，有效消除内应力，添加量为：0.5‑3%；4）润滑剂：由脂肪酸酰胺与硅氧烷润滑剂按3：1混合配比所制的，添加量为：0.1‑2%；5）偶联剂：由KH.560硅烷和NDZ.201钛酸酯偶联剂，按2：1混合配比所制，添加量为：0.2‑0.5%；6）饱和聚酯：为聚对苯二甲酸乙二醇酯，添加量为5‑10%；7）聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯，其分子量为20000‑30000，添加量：50‑80%；C、组分三包括母粒子，母粒子是组分一和组分二经过如下工艺制得：1）原料的预处理：包括干燥处理和表面预处理，先将无机填料（碳化硅、氮化硼、氮化铝和二氧化钛）分批单个（即每种无机填料均先单独进行预处理）加入混合机内，混合温度为20‑50℃，在50‑100转/分钟的低速搅拌中加入偶联剂（按照100:0.5比例添加），混合均匀后逐渐升温至120℃，再以400‑800转/分钟的高速搅拌2‑5分钟，使填料粒子表面经特殊处理后便于与树脂结合，同时分别将聚碳酸酯和饱和聚酯于110℃‑120℃的温度下鼓风干燥3‑6小时，使其水分含量低于0.02%；2）混合：将经过偶联剂表面处理的碳化硅、氮化硼、氮化铝和二氧化钛和烘干后的聚碳酸酯和饱和聚酯及上述各种助剂按上文所述配比进行混合，混合温度为20‑50℃，转速为100‑800转/分钟，混合时间为5‑10分钟；3）挤出：将混合料与导热填料石墨烯和碳纤维分别加温至150℃‑270℃，当上述混合料变成熔体后，石墨烯和碳纤维先后进入料斗搅拌，充分均匀混合后，在双螺杆挤出机的5‑6区进入，物料被螺杆连续挤出机头，进入模具保温反应1.5‑2.5小时定型，经降温冷却至室温10℃‑25℃，然后经牵引、切割成型为1.0‑1.2mm厚度的胚板；挤出时双螺杆挤出机各段加工温度分别设定1‑2区温度为270℃‑300℃，3‑4区温度为280℃‑310℃，5‑6区温度为290℃‑320℃，7‑8区温度为300℃‑330℃，9‑10区温度为300℃‑335℃，模头温度100℃‑120℃,双螺杆长径比40，螺杆转速为260转/分钟，喂料机转速为10转/分钟；上述双螺杆挤出机有2个抽真空处，一处真空口在温控4区，即导热石墨烯与碳纤维入口处的前一处，另一处在温控8区；4）造粒：通过粉碎设备，把胚板粉碎成0.5*0.5*1.0毫米的标准母粒子；D、散热层：散热层厚度为60‑80um，组分四包括：1）椰炭粉末：1‑6%；2）粒径6.8‑15nm的锐钛型二氧化钛（TiO2）纳米粒子：3‑5%，3）氮化铝（AlN）纳米粒子：3‑5%；4）聚碳酸酯（PC）为双酚A型聚碳酸酯，其分子量为20000‑30000，添加量：84‑93%。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：柯瑞林，柯冰，
申请(专利权)人：柯瑞林，
类型：发明
国别省市：广东;44