一种柔性高导热绝缘高分子复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种柔性高导热绝缘高分子复合材料及其制备方法。现有商品化的导热高分子复合材料很难实现高热导率和柔性的统一。本发明柔性高导热绝缘高分子复合材料为共混物，该共混物包括乙烯醋酸乙烯酯交联物、EVA、过氧化物硫化剂、离子液体、导热填料。该方法是将EVM、EVA与硫化剂混合，30～200℃动态硫化，干燥，制得基料；在基料中加入离子液体和导热填料，160℃下熔融共混，出料。本发明复合材料具有柔性好，优异的导热性能和绝缘性能，工业制备简单，加工经济绿色环保等优点，可望在太阳能硅电池和LED灯等亟需解决散热问题的电子、电器领域中应用制备各种导热器件。
【专利说明】ー种柔性高导热绝缘高分子复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子材料【技术领域】，涉及ー种导热高分子复合材料，具体是ー种柔性高、导热好且绝缘的高分子复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在电子エ业领域，散热是ー个至关重要的问题。对于电子元器件，如果热量来不及散出将导致其工作温度升高，这样不仅会降低其使用寿命而且也将大大降低它的稳定性和工作效率。传统的导热材料多为金属如Ag，Cu, Al和金属氧化物如Al2O3, MgO, BeO以及其它非金属材料如石墨，炭黒，Si3N4等。随着工业生产和科学技术的发展，人们对导热材料提出了新的要求，希望材料具有优良的综合性能。如用于制造与电子电气元件接触的制品，既需要材料提供系统所需要的高弾性、耐热性，又必须将系统的热量迅速传递出去；对于用作封装和热界面材料的导热粘合剂尤其是导热绝缘粘合剂的需求也越来越高。显然，传统的导热材料在电子エ业领域中的应用受到了极大的限制，因此亟需ー种新型的兼具高导热和优异力学性能的材料。
[0003]在近几十年来，高分子材料的应用领域不断拓展，但是在导热材料领域，纯的高分子材料不能直接应用，因其大多是热的不良导体。要提高高分子材料的导热性能通常有两种方法:一种是通过制备自身能够具有良好导热性的结构型导热高分子材料，如具有共轭结构的聚こ炔、聚苯胺、聚吡咯等材料；或者是提高聚合物的结晶性，通过声子导热机理实现导热目的。然而，这种方法对设备、エ艺条件的要求都很高，较难实现エ业化生产。另ー种是通过向高分子基体中添加具有高导热性填料的方法制备填充型高分子复合材料。这种方法エ艺简単，相对于前者来说更加容易控制和实现，成本也较低，所以被广泛采纳，是目前提高高分子材料导热性的主要手段。然而，要实现高分子复合材料较好的导热效果，必须具有足够大的导热填料填充量`，大量无机导热填料的加入不但大大的降低了材料的力学性能(包括柔性、断裂伸长、力学強度等)，而且影响材料的加工性能。对于材料的实际应用，又有了很多的困难与限制。
[0004]随着电子器件的小型化、轻量化、柔性化以及太阳能光伏产业的发展，具有导热、绝缘、柔性等多种性能的高分子材料受到极大的关注，成为这些产业发展的瓶颈。我们在长期的工作积累中发现，要制备兼具柔性、导热和绝缘等多种性能的高分子材料，关键在于基体和导热填料的选择。基体的选择主要由以下两个方面的要求:一方面，基体自身应该是一种热塑性弾性体，以保证材料的柔性。热塑性弾性体是指在常温下具有橡胶的弾性，高温下具有可塑化成型的ー类弾性体材料。热塑性弾性体可以采用类似热塑性树脂的加工エ艺来反复加工和回收再利用。热塑性弾性体通常由热塑性树脂与橡胶经动态硫化制备而成，在熔融加工过程中橡胶发生硫化并作为分散粒子均匀地分散在热塑性树脂的连续相中。这样，硫化后的橡胶分散相提供材料的弾性和柔性，而热塑性树脂基体提供材料的熔融加工性能。另ー方面，填料与基体应有良好的相容性，填料能均匀分散在基体中，形成一个导热网络通路。[0005]填料是影响聚合物基复合材料热导率的主要因素，主要包括填料自身热导率、含量、粒径、外形等。导热填料主要有金属、无机非金属、以及少量的高分子材料，一般来说，高分子复合材料的热导率随着导热填料含量的増加而提高，当填料含量超过一定值时，形成贯穿整个体系的导热网络通路，此时复合材料热导率迅速提高。
[0006]为此，本发明创新的选择热塑性弾性体的基体和合适的导热填料，成功实现了导热高分子复合材料柔性、导热性和绝缘性的结合，制备了ー种新型的柔性高导热绝缘高分子复合材料。
【发明内容】
[0007]本发明的ー个目的是针对现有导热高分子复合材料导热和良好机械性能(特别是柔性)难以统ー的缺点，提供了ー种柔性高导热绝缘高分子复合材料，该高分子复合材料具有力学性能好、柔性优良、高热导率、绝缘的特质。
[0008]为了达到上述目的，我们选用ー种具有多相形态结构的、动态硫化的EVA-EVM热塑性弾性体作为基体，使用规则的球形氧化铝、氧化镁、氮化硅、碳化硅等作为导热填料，通过适当的组合，并加入适量的离子液体，成功实现了上述目标。
[0009]本发明柔性高导热绝缘高分子复合材料为共混物，该共混物包括乙烯醋酸乙烯酯交联物、乙烯醋酸乙烯酯EVA、过氧化物硫化剂、导热填料、离子液体；其中乙烯醋酸乙烯酯交联物、乙烯醋酸乙烯酯EVA、过氧化物硫化剂、导热填料、离子液体的质量比为(100~
100.5):100: (0 ~0.5): (100 ~1403.5): (0.5 ~100.25);
[0010]作为优选，柔性高导热绝缘高分子复合材料中乙烯醋酸乙烯酯交联物、乙烯醋酸乙烯酯EVA、过氧化物硫化剂、导热填料、离子液体的质量比为(100~100.5):100: (0~0.5): (1000 ~1403.5): (5 ~10);
[0011]所述的乙烯醋酸乙烯酯交联物为通式I或通式II所示结构的不规则共聚物:
[0012]通式1:
[0013]
【权利要求】
1.一种耐油热塑性弾性体，为共混物，其特征在于该共混物包括乙烯醋酸乙烯酯交联物、乙烯醋酸乙烯酯EVA、过氧化物硫化剂、导热填料、离子液体；其中乙烯醋酸乙烯酯交联物、乙烯醋酸乙烯酯EVA、过氧化物硫化剂、导热填料、离子液体的质量比为(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联物为通式I或通式II所示结构的不规则共聚物: 通式1:
2.如权利要求1所述的ー种耐油热塑性弾性体，其特征在于柔性高导热绝缘高分子复合材料中乙烯醋酸乙烯酯交联物、乙烯醋酸乙烯酯EVA、过氧化物硫化剂、导热填料、离子液体的质量比为(100 ~100.5): 100: (0 ~0.5): (1000 ~1403.5): (5 ~10)。
3.如权利要求1所述的ー种耐油热塑性弾性体，其特征在于导热填料为球形氧化铝粉末。
4.如权利要求1所述的ー种耐油热塑性弾性体，其特征在于所述的离子液体中的通式为A+B^其中A+的结构式如式I所示的咪唑类阳离子:
5.如权利要求1所述的ー种耐油热塑性弾性体，其特征在于所述的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。
6.制备如权利要求1所述的ー种耐油热塑性弾性体的方法，其特征在于该方法包括以下步骤: 步骤(1).将乙烯醋酸乙烯酯EVM、乙烯醋酸乙烯酯EVA与硫化剂按照质量比为1000:1000:0.1~5，在30°C~200°C下动态硫化I~7分钟，干燥，制得基料； 所述的乙烯醋酸乙烯酯EVM中醋酸乙烯酯的质量含量为50~80 % ;所述的乙烯醋酸乙烯酯EVA中醋酸乙烯酯的质量含量为5~40 % ; 所述的硫化剂为硫磺、过氧化物硫化剂、含氢硅烷硫化剂、树脂类硫化剂中的一种； 当硫化剂为过氧化物硫化剂，过氧化物硫化剂只是单纯起到提供自由基的作用，乙烯醋酸乙烯酯EVM之间形成网状结构的乙烯醋酸乙烯酯交联物；当硫化剂为硫磺、树脂类硫化剂或含氢硅烷硫化剂，该硫化剂与乙烯醋酸乙烯酯EVM发生接枝反应，进而形成网状结构的乙烯醋酸乙烯酯交联物； 步骤(2).在步骤(1)制得的基料中加入导热填料、离子液体，160°C下熔融共混7~8min，出料制得柔性高导热绝缘高分子复合材料；其中导热填料与步骤(1)中制得的EVA-EVM基料的质量比为0.5~7:1 ;离子液体与步骤⑴中制得的EVA-EVM基料的质量比为 0.005 ~1:2 ; 所述的导热填料为球形氧化铝粉末、氧化镁粉末、氮化硅粉末、碳化硅粉末中的ー种或几种，导热填料的粒径为IOOnm~IOOmm ； 所述的离子液体的通式为A+B_，其中A+的结构式为式I或式II所示，如下:
7.如权利要求6所述的ー种耐油热塑性弾性体的制备方法，其特征在于熔融共混与动态硫化均米用单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、密炼机或往复式单螺杆销钉挤出机，螺杆挤出机的螺杆转速为10r/min~500r/min,密炼机的转子转速为10r/min~500r/min,往复式单螺杆销钉挤出机的螺杆转速为10r/min~500r/min。
8.如权利要求6所述的ー种耐油热塑性弾性体的制备方法，其特征在于步骤(1)动态硫化温度为50°C~180°C。
9.如权利要求6所述的ー种耐油热塑性弾性体的制备方法，其特征在于步骤(2)导热填料的加入量与步骤(1 )制得的EVA-EVM基料的质量比为5~7:1。
10.如权利要求6所述的ー种耐油热塑性弾性体的制备方法，其特征在于步骤(2)离子液体与步骤(1)中制得的EVA-EVM基料的质量比为0.45~0.9:18。
【文档编号】C08K7/18GK103497411SQ201310454322
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】李勇进, 富慧 申请人:杭州师范大学