高导热绝缘材料及制备方法与流程

本发明属于导热绝缘材料领域，尤其涉及一种高导热绝缘材料及制备方法。

背景技术：

1、环氧树脂作为一种高性能的热固性树脂，因内部分子结构联系紧密，具有优异的绝缘性能、力学性能、热稳定性，较强的附着力、耐腐蚀性以及易加工性，广泛应用于印刷电路板及电子器件的封装材料。随着电力电子器件逐渐向高度集成化、高功率密度的方向发展，设备的热管理问题显得愈发重要，然而环氧树脂内部结晶不完整，分子链段运动困难，导致其固有导热系数较低(约为0.20w/(m·k))，热管理能力有限，无法满足实际应用的需求。为了保证器件的工作效率和使用寿命，亟待开发具有优异导热性能的绝缘电介质材料。

2、由于碳纳米管经常因为范德华力而团聚，很难在聚合物基质中分散均匀。因此，开发高性能cnt/聚合物复合材料成为难点。碳纳米管在环氧树脂中添加的量有限，大量添加碳纳米管会导致环氧树脂的粘度都急剧上升，从而导致材料在固化以前无法顺利的浸润填料。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种高导热绝缘材料及制备方法，以克服现有技术中的上述至少一种缺陷。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供的高导热绝缘材料，按质量份数包括以下组分：环氧树脂90-110份，酯化剂2-6份，固化剂18-26份，偶联剂0.5-2份，消泡剂0.01-2份，抗沉降剂1-2份，无机填料15-16份，无机填料为表面沉积吸附有改性碳纳米管的氧化铝颗粒。

4、优选地，改性碳纳米管为磷酸酯、羟基、氨基功能化的碳纳米管中的至少一种。

5、优选地，氧化铝颗粒的粒径＞30μm，氧化铝颗粒呈块状和/或球状。更优地，氧化铝颗粒的粒径为30μm、50μm或70μm。

6、优选地，改性碳纳米管为磷酸酯功能化的单壁碳纳米管。

7、优选地，环氧树脂为e51、e44、npel-128型环氧树脂中的至少一种，酯化剂为磷酸盐，固化剂为甲基四氢苯酐、苯酐、异佛尔酮二胺中的至少一种，偶联剂为kh550、kh560、kh570中的至少一种，消泡剂为byk-141+、byk-141、byk-a530、byk-a555中的至少一种，抗沉降剂为气相二氧化硅。

8、本发明还提供高导热绝缘材料制备方法，用于制备上述的高导热绝缘材料，包括以下步骤：s1：原料预处理，将环氧树脂经烘干处理去除气泡，并将粘度降低为25℃下粘度为7000-8000mpa.s，s2：改性碳纳米管对氧化铝颗粒的表面沉积改性，将表面活性剂加入溶剂中进行混合，然后加入改性碳纳米管，形成均质溶液后静置30-40h，再加入氧化铝颗粒在常温下连续搅拌4-6h，然后于35-45℃真空干燥，得无机填料，s3：将步骤s2得到的无机填料加至经步骤s1预处理后，且以55℃-65℃预热处理的环氧树脂中，在不断搅拌条件下加入酯化剂、固化剂、偶联剂、消泡剂、以及抗沉降剂，混合均匀后于55℃-65℃条件下真空脱泡处理，得浆液，s4：成型，将步骤s3真空脱泡处理后的浆液浇筑到预热至75℃-85℃的模具中，在130℃-135℃条件下加热固化6-8h，待模具自然冷却至室温后，得到高导热绝缘材料。

9、优选地，表面活性剂为聚乙二醇辛基苯基醚，溶剂为去离子水和乙醇溶液，模具为聚四氟乙烯模具。

10、优选地，表面活性剂和溶剂采用超声处理进行混合35-55min。

11、优选地，加入的改性碳纳米管为磷酸酯功能化的单壁碳纳米管，其制备方法包括以下步骤：

12、s01：将单壁碳纳米管和酸液混合搅拌后超声处理，过滤得固体，s02：将步骤s01得到的固体分散在水中，多次清洗直到滤液的ph值达到7，然后用清洗剂清洗过滤固体4-6次，将过滤后的固体在50℃-70℃条件下真空干燥22-26h，得到羧基功能化的单壁碳纳米管，s03：将步骤s02得到的羧基功能化的单壁碳纳米管与过量二氯亚砜在65℃-70℃油浴回流条件下反应22-26h，减压蒸馏去除残留的二氯亚砜，得到酰氯功能化的单壁碳纳米管，立即将酰氯功能化的单壁碳纳米管与乙二醇、以及磷酸在110℃-130℃条件下反应45-52h，反复洗涤和过滤得到磷酸酯功能化的单壁碳纳米管。

13、优选地，酸液为硝酸和硫酸，清洗剂为丙酮和四氢呋喃，采用具有液氮阱的减压蒸馏设备以80℃减压蒸馏去除残留的二氯亚砜。

14、本发明的有益效果为：

15、1、制备的环氧树脂高导热绝缘材料，导热性能性能优异(导热性能提升2.5倍)，能够满足电机材料长时间工作下的散热正常，且绝缘性能良好，能够保障电气电子设备持久安全运行。同时，加入了一定分量的氧化铝-磷酸酯复合纳米材料，提高了材料的导热性能(导热系数最高达0.810w/m)和力学强度。该工艺流程简单，普适性好，制作流程无污染，可放大比例用作工业生产。

16、2、以swnt-p、氧化铝结合环氧树脂为原料，通过酯化反应、溶剂分散、超声处理、固化制备高导热的swnt-p/氧化铝/环氧树脂复合材料，制备出表面吸附swnt-p的氧化铝无机填料颗粒，利用在碳纳米管上嫁接酯基的技术，使填料在亲水、亲油性质方面大大改善，提高了纳米填料在树脂中的分散效果，优化了界面结合，降低了填料的团聚沉降。其中氧化铝和swnt-p互补配合，打通了导热通路，提高绝缘树脂的导热能力。

17、3、采用swnt-p、氧化铝填料颗粒复配，增加了填料颗粒的空间堆积密度。不同类型的填料同时使用比单一的填料发挥的导热效果更好。其中碳纳米管分散到微米级的氧化铝的缝隙中，增加了对导热通路和比表面积，形成更多合理分布的应力受力点，能显著提高材料的抗冲击性能和硬度等机械强度。

技术特征：

1.高导热绝缘材料，其特征在于，按质量份数包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的高导热绝缘材料，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的高导热绝缘材料，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的高导热绝缘材料，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的高导热绝缘材料，其特征在于：

6.高导热绝缘材料制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-5任一项所述的高导热绝缘材料，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的高导热绝缘材料制备方法，其特征在于：

8.根据权利要求6所述的高导热绝缘材料制备方法，其特征在于：

9.根据权利要求6所述的高导热绝缘材料制备方法，其特征在于，加入的改性碳纳米管为磷酸酯功能化的单壁碳纳米管，其制备方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的高导热绝缘材料制备方法，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种高导热绝缘材料及制备方法，属于导热绝缘材料领域，高导热绝缘材料，按质量份数包括以下组分：环氧树脂90‑110份，酯化剂2‑6份，固化剂18‑26份，偶联剂0.5‑2份，消泡剂0.01‑2份，抗沉降剂1‑2份，无机填料15‑16份，无机填料为表面沉积吸附有改性碳纳米管的氧化铝颗粒。本发明制备的高导热绝缘材料，导热性能性能优异，绝缘性能良好。

技术研发人员：胡婷,卢灿忠,卜佑森,邓帅,刘建伸,郑银发,李子骥,林杉莹
受保护的技术使用者：厦门稀土材料研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15