一種柔性高導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柔性高導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料及其制備方法?，F(xiàn)有商品化的導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料很難實(shí)現(xiàn)高熱導(dǎo)率和柔性的統(tǒng)一。本發(fā)明柔性高導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料為共混物，該共混物包括乙烯醋酸乙烯酯交聯(lián)物、EVA、過氧化物硫化劑、離子液體、導(dǎo)熱填料。該方法是將EVM、EVA與硫化劑混合，30～200℃動態(tài)硫化，干燥，制得基料；在基料中加入離子液體和導(dǎo)熱填料，160℃下熔融共混，出料。本發(fā)明復(fù)合材料具有柔性好，優(yōu)異的導(dǎo)熱性能和絕緣性能，工業(yè)制備簡單，加工經(jīng)濟(jì)綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，可望在太陽能硅電池和LED燈等亟需解決散熱問題的電子、電器領(lǐng)域中應(yīng)用制備各種導(dǎo)熱器件。
【專利說明】ー種柔性高導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及ー種導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料，具體是ー種柔性高、導(dǎo)熱好且絕緣的高分子復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在電子エ業(yè)領(lǐng)域，散熱是ー個至關(guān)重要的問題。對于電子元器件，如果熱量來不及散出將導(dǎo)致其工作溫度升高，這樣不僅會降低其使用壽命而且也將大大降低它的穩(wěn)定性和工作效率。傳統(tǒng)的導(dǎo)熱材料多為金屬如Ag，Cu, Al和金屬氧化物如Al2O3, MgO, BeO以及其它非金屬材料如石墨，炭黒，Si3N4等。隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對導(dǎo)熱材料提出了新的要求，希望材料具有優(yōu)良的綜合性能。如用于制造與電子電氣元件接觸的制品，既需要材料提供系統(tǒng)所需要的高弾性、耐熱性，又必須將系統(tǒng)的熱量迅速傳遞出去；對于用作封裝和熱界面材料的導(dǎo)熱粘合劑尤其是導(dǎo)熱絕緣粘合劑的需求也越來越高。顯然，傳統(tǒng)的導(dǎo)熱材料在電子エ業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用受到了極大的限制，因此亟需ー種新型的兼具高導(dǎo)熱和優(yōu)異力學(xué)性能的材料。
[0003]在近幾十年來，高分子材料的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，但是在導(dǎo)熱材料領(lǐng)域，純的高分子材料不能直接應(yīng)用，因其大多是熱的不良導(dǎo)體。要提高高分子材料的導(dǎo)熱性能通常有兩種方法:一種是通過制備自身能夠具有良好導(dǎo)熱性的結(jié)構(gòu)型導(dǎo)熱高分子材料，如具有共軛結(jié)構(gòu)的聚こ炔、聚苯胺、聚吡咯等材料；或者是提高聚合物的結(jié)晶性，通過聲子導(dǎo)熱機(jī)理實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱目的。然而，這種方法對設(shè)備、エ藝條件的要求都很高，較難實(shí)現(xiàn)エ業(yè)化生產(chǎn)。另ー種是通過向高分子基體中添加具有高導(dǎo)熱性填料的方法制備填充型高分子復(fù)合材料。這種方法エ藝簡単，相對于前者來說更加容易控制和實(shí)現(xiàn)，成本也較低，所以被廣泛采納，是目前提高高分子材料導(dǎo)熱性的主要手段。然而，要實(shí)現(xiàn)高分子復(fù)合材料較好的導(dǎo)熱效果，必須具有足夠大的導(dǎo)熱填料填充量`，大量無機(jī)導(dǎo)熱填料的加入不但大大的降低了材料的力學(xué)性能(包括柔性、斷裂伸長、力學(xué)強(qiáng)度等)，而且影響材料的加工性能。對于材料的實(shí)際應(yīng)用，又有了很多的困難與限制。
[0004]隨著電子器件的小型化、輕量化、柔性化以及太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有導(dǎo)熱、絕緣、柔性等多種性能的高分子材料受到極大的關(guān)注，成為這些產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。我們在長期的工作積累中發(fā)現(xiàn)，要制備兼具柔性、導(dǎo)熱和絕緣等多種性能的高分子材料，關(guān)鍵在于基體和導(dǎo)熱填料的選擇?；w的選擇主要由以下兩個方面的要求:一方面，基體自身應(yīng)該是一種熱塑性弾性體，以保證材料的柔性。熱塑性弾性體是指在常溫下具有橡膠的弾性，高溫下具有可塑化成型的ー類弾性體材料。熱塑性弾性體可以采用類似熱塑性樹脂的加工エ藝來反復(fù)加工和回收再利用。熱塑性弾性體通常由熱塑性樹脂與橡膠經(jīng)動態(tài)硫化制備而成，在熔融加工過程中橡膠發(fā)生硫化并作為分散粒子均勻地分散在熱塑性樹脂的連續(xù)相中。這樣，硫化后的橡膠分散相提供材料的弾性和柔性，而熱塑性樹脂基體提供材料的熔融加工性能。另ー方面，填料與基體應(yīng)有良好的相容性，填料能均勻分散在基體中，形成一個導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)通路。[0005]填料是影響聚合物基復(fù)合材料熱導(dǎo)率的主要因素，主要包括填料自身熱導(dǎo)率、含量、粒徑、外形等。導(dǎo)熱填料主要有金屬、無機(jī)非金屬、以及少量的高分子材料，一般來說，高分子復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨著導(dǎo)熱填料含量的増加而提高，當(dāng)填料含量超過一定值時，形成貫穿整個體系的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)通路，此時復(fù)合材料熱導(dǎo)率迅速提高。
[0006]為此，本發(fā)明創(chuàng)新的選擇熱塑性弾性體的基體和合適的導(dǎo)熱填料，成功實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料柔性、導(dǎo)熱性和絕緣性的結(jié)合，制備了ー種新型的柔性高導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的ー個目的是針對現(xiàn)有導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料導(dǎo)熱和良好機(jī)械性能(特別是柔性)難以統(tǒng)ー的缺點(diǎn)，提供了ー種柔性高導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料，該高分子復(fù)合材料具有力學(xué)性能好、柔性優(yōu)良、高熱導(dǎo)率、絕緣的特質(zhì)。
[0008]為了達(dá)到上述目的，我們選用ー種具有多相形態(tài)結(jié)構(gòu)的、動態(tài)硫化的EVA-EVM熱塑性弾性體作為基體，使用規(guī)則的球形氧化鋁、氧化鎂、氮化硅、碳化硅等作為導(dǎo)熱填料，通過適當(dāng)?shù)慕M合，并加入適量的離子液體，成功實(shí)現(xiàn)了上述目標(biāo)。
[0009]本發(fā)明柔性高導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料為共混物，該共混物包括乙烯醋酸乙烯酯交聯(lián)物、乙烯醋酸乙烯酯EVA、過氧化物硫化劑、導(dǎo)熱填料、離子液體；其中乙烯醋酸乙烯酯交聯(lián)物、乙烯醋酸乙烯酯EVA、過氧化物硫化劑、導(dǎo)熱填料、離子液體的質(zhì)量比為(100~
100.5):100: (0 ~0.5): (100 ~1403.5): (0.5 ~100.25);
[0010]作為優(yōu)選，柔性高導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料中乙烯醋酸乙烯酯交聯(lián)物、乙烯醋酸乙烯酯EVA、過氧化物硫化劑、導(dǎo)熱填料、離子液體的質(zhì)量比為(100~100.5):100: (0~0.5): (1000 ~1403.5): (5 ~10);
[0011]所述的乙烯醋酸乙烯酯交聯(lián)物為通式I或通式II所示結(jié)構(gòu)的不規(guī)則共聚物:
[0012]通式1:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種耐油熱塑性弾性體，為共混物，其特征在于該共混物包括乙烯醋酸乙烯酯交聯(lián)物、乙烯醋酸乙烯酯EVA、過氧化物硫化劑、導(dǎo)熱填料、離子液體；其中乙烯醋酸乙烯酯交聯(lián)物、乙烯醋酸乙烯酯EVA、過氧化物硫化劑、導(dǎo)熱填料、離子液體的質(zhì)量比為(100~`100.5):100: (0 ~0.5): (100 ~1403.5): (0.5 ~100.25); 所述的乙烯醋酸乙烯酯交聯(lián)物為通式I或通式II所示結(jié)構(gòu)的不規(guī)則共聚物: 通式1:
2.如權(quán)利要求1所述的ー種耐油熱塑性弾性體，其特征在于柔性高導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料中乙烯醋酸乙烯酯交聯(lián)物、乙烯醋酸乙烯酯EVA、過氧化物硫化劑、導(dǎo)熱填料、離子液體的質(zhì)量比為(100 ~100.5): 100: (0 ~0.5): (1000 ~1403.5): (5 ~10)。
3.如權(quán)利要求1所述的ー種耐油熱塑性弾性體，其特征在于導(dǎo)熱填料為球形氧化鋁粉末。
4.如權(quán)利要求1所述的ー種耐油熱塑性弾性體，其特征在于所述的離子液體中的通式為A+B^其中A+的結(jié)構(gòu)式如式I所示的咪唑類陽離子:




5.如權(quán)利要求1所述的ー種耐油熱塑性弾性體，其特征在于所述的離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽。
6.制備如權(quán)利要求1所述的ー種耐油熱塑性弾性體的方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟(1).將乙烯醋酸乙烯酯EVM、乙烯醋酸乙烯酯EVA與硫化劑按照質(zhì)量比為1000:1000:0.1~5，在30°C~200°C下動態(tài)硫化I~7分鐘，干燥，制得基料； 所述的乙烯醋酸乙烯酯EVM中醋酸乙烯酯的質(zhì)量含量為50~80 % ;所述的乙烯醋酸乙烯酯EVA中醋酸乙烯酯的質(zhì)量含量為5~40 % ; 所述的硫化劑為硫磺、過氧化物硫化劑、含氫硅烷硫化劑、樹脂類硫化劑中的一種； 當(dāng)硫化劑為過氧化物硫化劑，過氧化物硫化劑只是單純起到提供自由基的作用，乙烯醋酸乙烯酯EVM之間形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的乙烯醋酸乙烯酯交聯(lián)物；當(dāng)硫化劑為硫磺、樹脂類硫化劑或含氫硅烷硫化劑，該硫化劑與乙烯醋酸乙烯酯EVM發(fā)生接枝反應(yīng)，進(jìn)而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的乙烯醋酸乙烯酯交聯(lián)物； 步驟(2).在步驟(1)制得的基料中加入導(dǎo)熱填料、離子液體，160°C下熔融共混7~8min，出料制得柔性高導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料；其中導(dǎo)熱填料與步驟(1)中制得的EVA-EVM基料的質(zhì)量比為0.5~7:1 ;離子液體與步驟⑴中制得的EVA-EVM基料的質(zhì)量比為 0.005 ~1:2 ; 所述的導(dǎo)熱填料為球形氧化鋁粉末、氧化鎂粉末、氮化硅粉末、碳化硅粉末中的ー種或幾種，導(dǎo)熱填料的粒徑為IOOnm~IOOmm ； 所述的離子液體的通式為A+B_，其中A+的結(jié)構(gòu)式為式I或式II所示，如下:
7.如權(quán)利要求6所述的ー種耐油熱塑性弾性體的制備方法，其特征在于熔融共混與動態(tài)硫化均米用單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)、密煉機(jī)或往復(fù)式單螺桿銷釘擠出機(jī)，螺桿擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速為10r/min~500r/min,密煉機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為10r/min~500r/min,往復(fù)式單螺桿銷釘擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速為10r/min~500r/min。
8.如權(quán)利要求6所述的ー種耐油熱塑性弾性體的制備方法，其特征在于步驟(1)動態(tài)硫化溫度為50°C~180°C。
9.如權(quán)利要求6所述的ー種耐油熱塑性弾性體的制備方法，其特征在于步驟(2)導(dǎo)熱填料的加入量與步驟(1 )制得的EVA-EVM基料的質(zhì)量比為5~7:1。
10.如權(quán)利要求6所述的ー種耐油熱塑性弾性體的制備方法，其特征在于步驟(2)離子液體與步驟(1)中制得的EVA-EVM基料的質(zhì)量比為0.45~0.9:18。
【文檔編號】C08K7/18GK103497411SQ201310454322
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】李勇進(jìn), 富慧 申請人:杭州師范大學(xué)