一種高導熱聚合物基散熱材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明公開了一種高導熱聚合物基散熱材料的制備方法，屬于散熱材料領域。
【背景技術】
[0002]隨著微電子集成與組裝技術的飛速發展和電力電氣絕緣領域對高電壓的越來越高的要求以及其他相關領域的飛速發展，電子元器件和邏輯電路的體積成千萬倍地縮小，而工作頻率急劇增加，此時電子設備所產生的熱量迅速積累和增加，工作環境溫度也向高溫方向迅速變化。為保證電子元器件長時間高可靠地正常工作，必須阻止工作溫度的不斷升高，因此及時散熱能力就成為影響其使用壽命的重要因素，迫切需要研制高導熱性能的聚合物材料。
[0003]高分子材料的應用領域不斷拓展，是因為通過對其結構的控制和改性，可獲得不同特性的高分子材料。而且高分子絕緣材料獨特的結構和易改性、易加工的特點，使其具有其他材料不可比擬、不可取代的優異性能。
[0004]目如，提尚環氧樹脂導熱性能的主要途徑是添加尚導熱填料(Be0、AlN、Al203、SiC、Si3N4、BN等)。但是導熱填料的分散性以及與有機界面的相容性問題，已經成為影響最終復合材料性能的關鍵因素。為了提高填料在樹脂基體中相容性、分散性和導熱性等其他相關性能，通常要對填料進行表面改性。
【發明內容】
[0005]本發明主要解決的技術問題:針對目前高導熱聚合物基散熱材料由于聚合物本身較低的導熱系數或者通過摻雜高含量的導熱填料獲得高導熱性能的同時所引起的機械等性能急劇惡化的問題，提供了一種高導熱聚合物基散熱材料的制備方法，本發明以環氧樹脂為基體，以制備得的含硼氮化硅為填料，并加入偶聯劑使填料在環氧樹脂之間有物理纏結和化學交聯最終得到高導熱聚合物基散熱材料，本發明中制得的含硼氮化硅填料具有極高導熱系數和巨大的比表面積，可以在環氧樹脂中有良好的分散性和界面相容性好，而且制備出的散熱材料具有優異的介電性能、導熱性能和熱穩定性能。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是:
(1)將聚碳硅烷纖維放置于脫碳氮化裝置中，向其中以10mL/min速率通入氨氣直至置換出裝置內的所有空氣，加熱升溫至450?550°C保溫30?40min，再以5°C/min速率程序升溫至900?1000 °C，高溫反應I?2h，得硅氮纖維；
(2)硅纖維氮化后，繼續以15mL/min速率通入丁硼烷氣體直至置換出裝置中的剩余氨氣，并在2?3h內升溫至200?3000C，密封裝置保溫反應I?2天，反應結束后向裝置內通氮氣冷卻至室溫，即可制得含硼氮化硅纖維；
(3)把上述制得的含硼氮化硅纖維在105?110°C下干燥20?24h后，稱取20?30g加入至lj500mL帶有攪拌器和冷凝管的三口燒瓶中，再加入其總質量I?2%娃烷偶聯劑以及偶聯劑用量150?200倍的無水二甲苯，移入油浴鍋中，加熱升溫至115?125°C，攪拌反應5?6h，過濾，干燥得硅烷改性后的含硼氮化硅纖維；
(4)稱取20?30g上述改性后的含硼氮化硅纖維分散在200?300mL甲基吡咯烷酮中，再依次滴加5?6mL二氨基苯甲酸、I?2mL煤焦油和3?5mL亞磷酸三苯酯，滴加完畢后移入氮氣氛圍下的恒溫箱中，在90?100°C下保溫反應2?4h;
(5)反應結束后，取出反應液冷卻至室溫，將其倒入體積為反應液I?2倍質量濃度為1%的氯化鋰甲醇溶液中，靜置沉析過夜，過濾得濾渣，分別用二甲基甲酰胺和無水乙醇沖洗濾渣3?5遍，干燥后得高聚合物相容性含硼氮化硅填料；
(6)稱取2.5?15.0g上述制得的高聚合物相容性含硼氮化硅填料加入250?350mL丙酮中，得混合液;再稱取50?10g環氧樹脂放入燒杯，水浴加熱至90?100°C，攪拌直至樹脂軟化，對其真空脫氣后將混合液加入，超聲分散20?30min;
(7)將超聲分散后的混合液放入60?70°C油浴鍋中，用玻璃棒邊攪拌邊蒸發掉多余丙酮，再向其中加入I?2g 二乙烯三胺，用磁力攪拌器劇烈攪拌后澆筑到不銹鋼模具里，移入恒溫箱中在130?140°C下預固化I?3h，再升溫至160?170°C固化過夜，拆模后即得一種高導熱聚合物基散熱材料。
[0007]所述的硅烷偶聯劑為氨丙基三乙氧基硅烷、縮水甘油迷氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的任一種。
[0008]純環氧樹脂在25°C下測得導熱系數為0.236 W/mK，熱分解起始溫度295?305°C，玻璃化轉變溫度為191.7°C，在IKHz時介電常數為3.4?3.6，本發明制備過程中添加含硼氮化硅的量為5?15%時制備的高導熱聚合物基散熱材料在25°C下測得導熱系數為0.415?
0.438ff/mK，熱分解起始溫度為375?386°C，玻璃化轉變溫度為199.5?205.2°C，在IKHz時的介電常數為5.0?5.2，比純環氧樹脂相比，制得散熱材料的介電性能、導熱性能和熱穩定性能顯著得到提高。
[0009]本發明的有益效果是:
(1)本發明制備的含硼氮化硅填料具有極高導熱系數和巨大的比表面積可以在環氧樹脂中有良好的分散性和界面相容性好；
(2)本發明制得的散熱材料有優異的介電性能、導熱性能和熱穩定性能。
【具體實施方式】
[0010]首先將聚碳硅烷纖維放置于脫碳氮化裝置中，向其中以lOmL/min速率通入氨氣直至置換出裝置內的所有空氣，加熱升溫至450?550°C保溫30?40min，再以5°C/min速率程序升溫至900?1000 0C，高溫反應I?2h，得硅氮纖維;硅纖維氮化后，繼續以15mL/min速率通入丁硼烷氣體直至置換出裝置中的剩余氨氣，并在2?3h內升溫至200?300°C，密封裝置保溫反應I?2天，反應結束后向裝置內通氮氣冷卻至室溫，即可制得含硼氮化硅纖維;把制得的含硼氮化硅纖維在105?110°C下干燥20?24h后，稱取20?30g加入到500mL帶有攪拌器和冷凝管的三口燒瓶中，再加入其總質量I?2%硅烷偶聯劑以及偶聯劑用量150?200倍的無水二甲苯，移入油浴鍋中，加熱升溫至115?125°C，攪拌反應5?6h，過濾，干燥得硅烷改性后的含硼氮化硅纖維;稱取20?30g上述改性后的含硼氮化硅纖維分散在200?300mL甲基吡咯烷酮中，再依次滴加5?6mL二氨基苯甲酸、I?2mL煤焦油和3?5mL亞磷酸三苯酯，滴加完畢后移入氮氣氛圍下的恒溫箱中，在90?100°C下保溫反應2?4h;反應結束后，取出反應液冷卻至室溫，將其倒入體積為反應液I?2倍質量濃度為1%的氯化鋰甲醇溶液中，靜置沉析過夜，過濾得濾渣，分別用二甲基甲酰胺和無水乙醇沖洗濾渣3?5遍，干燥后得高聚合物相容性含硼氮化硅填料;稱取2.5?15.0g上述制得的高聚合物相容性含硼氮化硅填料加入250?350mL丙酮中，得混合液;再稱取50?10g環氧樹脂放入燒杯，水浴加熱至90?100C,攪拌直至樹脂軟化，對其真空脫氣后將混合液加入，超聲分散20?30min;將超聲分散后的混合液放入60?70°C油浴鍋中，用玻璃棒邊攪拌邊蒸發掉多余丙酮，再向其中加入I?2g二乙烯三胺，用磁力攪拌器劇烈攪拌后澆筑到不銹鋼模具里，移入恒溫箱中在130?140°C下預固化I?3h，再升溫至160?170°C固化過夜，拆模后即得一種高導熱聚合物基散熱材料。
[0011]所述的硅烷偶聯劑為氨丙基三乙氧基硅烷、縮水甘油迷氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的任一種。
[0012]實例I
首先將聚碳硅烷纖維放置于脫碳氮化裝置中，向其中以1mL/min速率通入氨氣直至置換出裝置內的所有空氣，加熱升溫至450°C保溫30min，再以5°C/min速率程序升溫至900°C，高溫反應Ih，得硅氮纖維;硅纖維氮化后，繼續以15mL/min速率通入丁硼烷氣體直至置換出裝置中的剩余氨氣，并在2h內升溫至200°C，密封裝置保溫反應I天，反應結束后向裝置內通氮氣冷卻至室溫，即可制得含硼氮化硅纖維;把制得的含硼氮化硅纖維在105°C下干燥20h后，稱取20g加入到500mL帶有攪拌器和冷凝管的三口燒瓶中，再加入其總質量1%娃烷偶聯劑以及偶聯劑用量150倍的無水二甲苯，移入油浴鍋中，加熱升溫至115°C，攪拌反應5h，過濾，干燥得硅烷改性后的含硼氮化硅纖維；稱取20g上述改性后的含硼氮化硅纖維分散在200mL甲基吡咯烷酮中，再依次滴加5mL二氨基苯甲酸、ImL煤焦油和3mL亞磷酸三苯酯，滴加完畢后移入氮氣氛圍下的恒溫箱中，在90°C下保溫反應2h;反應結束后，取出反應液冷卻至室溫，將其倒入體積為反應液I倍質量濃度為1%的氯化鋰甲醇溶液中，靜置沉析過夜，過濾得濾渣，分別用二甲基甲酰胺和無水乙醇沖洗濾渣3遍，干燥后得高聚合物相容性含硼氮化硅填料;稱取2.5g上述制得的高聚合物相容性含硼氮化硅填料加入250mL丙酮中，得混合液;再稱取50g環氧樹脂放入燒杯，水浴加熱至90°C，攪拌直至樹脂軟化，對其真空脫氣后將混合液加入，超聲分散20min;將超聲分散后的混合液放入60°C油浴鍋中，用玻璃棒邊攪拌邊蒸發掉多余丙酮，再向其中加