一種高分子復(fù)合散熱材料制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料的制備方法，具體涉及一種高分子復(fù)合散熱材料制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高分子復(fù)合散熱材料通常由高分子母體和高導(dǎo)熱填充顆粒組成，廣泛應(yīng)用于電子器件的散熱，其中，填充顆粒的種類有陶瓷、金屬和金屬氧化物等。近年來，h-BN(六方氮化硼)因其具有高導(dǎo)熱性和良好的絕緣性被看作一種極具潛力的填充顆粒。h-BN(六方氮化硼)為圓片狀，具有很高的直徑厚度比，并且它的導(dǎo)熱性在不同方向具有很大差異:直徑方向?qū)崧始s為600W/ (mk)，厚度方向約為2-30W/ (mk)?；谄湫螤詈蛯?dǎo)熱特性，若將其在母體中進(jìn)行平行排布，使其直徑方向平行于熱流方向，將使復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能大幅提高。
[0003]然而，在實(shí)際中很難對復(fù)合材料中的顆粒進(jìn)行排布，國內(nèi)外學(xué)者通過一些方法，如電場、凍鑄、流延成型或擠壓工藝，實(shí)現(xiàn)了填充顆粒在高分子母體中平行排布，見
(I)T.L.Li，S.L.C.Hsu? Preparat1n and properties of thermally conductivephotosensitive polyimide/boron nitride nanocomposites，J.Appl.Polym.Sc1.121(2)(2011) 916-922.(2)T.H.Lin，ff.H.Huang? 1.K.Jun，P.Jiang，B1inspired assembly ofsurface-roughened nanoplatelets，J.Colloid Interface Sc1.344(2010)272-278.(3)R.Libanori，F(xiàn).H.L.Munch，D.M.Montenegro，A.R.Studart，Hierarchical reinforcementof poIyurethane-based composites with inorganic micro-and nanoplatelets，Compos.Sc1.Techno 1.72 (3) (2012)435-445.(4)E.Munch，Μ.E.Launey，D.H.Alsem，E.Saiz，A.P.Tomsia? R.0.Ritchie? Tough，b1-1nspired hybrid materials，Science322(2008)1516-1520。
[0004]但是，這些方法往往需要繁瑣的工藝，限定材料的形狀和尺寸，或者只能在某一特定方向?qū)崿F(xiàn)排布，應(yīng)用場合較為局限。所以，尋找一種簡便且通用的排布方法對高導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備非常重要。
[0005]本申請文件中，表述式h-BN@Fe304，含義為四氧化三鐵包覆六方氮化硼。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種高分子復(fù)合散熱材料制備方法，解決現(xiàn)有制備方法實(shí)現(xiàn)填充顆粒在高分子母體中平行排布時(shí)工藝繁瑣、排布效果局限的問題。
[0007]本發(fā)明所提供的一種高分子復(fù)合散熱材料制備方法，包括制備復(fù)合粉體步驟、制備復(fù)合材料混合液步驟和固化步驟，其特征在于:
[0008]A、制備復(fù)合粉體步驟:
[0009]在h-BN顆粒表面附著納米Fe3O4顆粒，得到h_BN@Fe 304復(fù)合粉體；
[0010]B、制備復(fù)合材料混合液步驟:
[0011]將h-BN@Fe304復(fù)合粉體與樹脂溶液的混合液置于聚四氟乙烯模具中，再將模具放置在振動(dòng)臺上，并在聚四氟乙烯模具上方布置永磁鐵，在振動(dòng)臺上下振動(dòng)的同時(shí)，由電機(jī)帶動(dòng)永磁鐵圍繞其旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，使得h-BN@Fe304復(fù)合粉體沿著垂直于混合液液面方向平行排布；
[0012]C、固化步驟:
[0013]將模具和永磁鐵同時(shí)放入加熱爐內(nèi)，通過對混合液加熱，最終得到固態(tài)散熱材料。
[0014]所述的高分子復(fù)合散熱材料制備方法，其特征在于，所述制備復(fù)合粉體步驟包括下述子步驟:
[0015]子步驟Al:按質(zhì)量體積比為1: 25g/mL?1: 50g/mL，將h_BN顆粒加入到蒸餾水中，得到懸浮液；
[0016]子步驟A2:邊攪拌邊將磁流體溶液逐滴滴入到所述懸浮液中，磁流體溶液和懸浮液的體積比為1: 500?1: 1000 ;所述磁流體溶液為納米Fe3O4顆粒和蒸餾水的混合液，其中，納米Fe3O4顆粒體積百分比為1.8?3.6% ；
[0017]納米Fe3O4顆粒通過靜電力的作用附著在h-BN顆粒表面；
[0018]子步驟A3:將滴入磁流體溶液的懸浮液靜置I小時(shí)?4小時(shí)，分離為上清液和沉淀物，沉淀物為h-BN@Fe304復(fù)合粉體；
[0019]子步驟A4:用蒸餾水清洗沉淀物3?5次，再將清洗后的沉淀物放入70 °C?90 °C恒溫箱干燥12小時(shí)?18小時(shí)，得到干燥的h-BN@Fe304復(fù)合粉體。
[0020]所述子步驟A4中，用蒸餾水清洗沉淀物的過程為:去除上清液后，倒入10mL?200mL蒸餾水清洗沉淀物，待沉淀物沉淀后，再重復(fù)前述操作。
[0021]所述的高分子復(fù)合散熱材料制備方法，其特征在于，所述制備復(fù)合材料混合液步驟包括下述子步驟:
[0022]子步驟B1:按體積百分比為5%?10%，將h-BN@Fe304復(fù)合粉體加入樹脂溶液中，攪拌均勻，得到混合液；所述樹脂溶液由質(zhì)量百分比為100: 34?100: 100的雙酚a型環(huán)氧樹脂和氨基固化劑構(gòu)成；
[0023]子步驟B2:將所述混合液放入真空箱內(nèi)，在25°C?60°C、1mba?30mba的環(huán)境下脫去混合液中的氣泡；
[0024]子步驟B3:將脫去氣泡的混合液倒入聚四氟乙烯模具，再將聚四氟乙烯模具放置在振動(dòng)臺上，并在聚四氟乙烯模具上方布置永磁鐵，在振動(dòng)臺上下振動(dòng)的同時(shí)，由電機(jī)帶動(dòng)永磁鐵圍繞其旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)軸平行于混合液液面；所述振動(dòng)臺振動(dòng)15分鐘?30分鐘后停止工作，電機(jī)帶動(dòng)永磁鐵繼續(xù)旋轉(zhuǎn)4小時(shí)?6小時(shí)后，電機(jī)停止工作。
[0025]所述子步驟B3中，所述永磁鐵的磁場強(qiáng)度不小于lOOmT，尺寸大于所述聚四氟乙稀模具的尺寸；所述振動(dòng)臺振幅為0.5mm?1mm，永磁鐵旋轉(zhuǎn)頻率為2Hz?1Hz。
[0026]所述的高分子復(fù)合散熱材料制備方法，其特征在于，所述固化步驟包括下述子步驟:
[0027]子步驟Cl:將模具和永磁鐵同時(shí)放入加熱爐內(nèi)，其中，永磁鐵的磁場方向垂直于混合液液面；在60°C?80°C的丨旦溫環(huán)境下預(yù)熱4小時(shí)?6小時(shí)；
[0028]子步驟C2:然后將環(huán)境溫度升至100°C?120°C，加熱2小時(shí)?4小時(shí)，使混合液完全固化，從模具中脫離，得到固態(tài)散熱材料。
[0029]本發(fā)明的子步驟B3中，在垂直混合液液面的平面施加旋轉(zhuǎn)磁場，其目的是使混合液中的h-BN@Fe304粉體被磁化，繼而使其受到磁場力的作用，磁場力克服重力和溶液粘性力的作用，帶動(dòng)粉體向豎直方向偏轉(zhuǎn)；對混合液施加機(jī)械振動(dòng)，其目的是向混合液中的h-BN@Fe304粉體提供額外的動(dòng)能，更有利于其在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下偏轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)磁鐵的尺寸大于所述聚四氟乙烯模具尺寸，可以確保模具內(nèi)所有混合液都受到旋轉(zhuǎn)磁場的作用。
[0030]在子步驟Cl和C2中，模具中的混合液在加熱固化的同時(shí)仍舊受到垂直其液面的磁場作用，確?；旌弦褐衕-BN@Fe304粉體的豎直偏轉(zhuǎn)方向不變。
[0031]本發(fā)明操作簡便，填充顆粒排布方向可控，所制備的散熱材料具有良好的導(dǎo)熱性，材料最終形狀由模具決定，可以制備任意形狀的散熱材料。
【附圖說明】
[0032]圖1為制備復(fù)合粉體步驟中將磁流體溶液滴入懸浮液示意圖；
[0033]圖2為制備復(fù)合材料混合液步驟中模具和永磁鐵布置示意圖；
[0034]圖3為實(shí)施例1所制備的h-BN@Fe304復(fù)合粉體X射線衍射(XRD)圖；
[0035]圖4為實(shí)施例1所制備的h-BN@Fe304復(fù)合粉體電子顯微照片(SEM);
[0036]圖5為實(shí)施例1所制備的固態(tài)散熱材料的橫切面電子顯微照片(SEM);
[0037]圖中標(biāo)記:攪拌棒1、磁流體溶液2、懸浮液3、納米Fe3O4顆粒4、h_BN顆粒5、混合液6、聚四氟乙烯模具7、振動(dòng)臺8、永磁鐵9、電機(jī)10。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面通過實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步說明。
[0039]實(shí)施例1，包括制備復(fù)合粉體步驟、制備復(fù)合材料混合液步驟和固化步驟；
[0040]A、制備復(fù)合粉體步驟，包括下述子步驟:
[0041]子步驟Al:按質(zhì)量體積比為1: 50g/mL，將h-BN顆粒加入到蒸餾水中，得到懸浮液；
[0042]子步驟A2:如圖1所示，通過攪拌棒I邊攪拌邊將磁流體溶液2逐滴滴入到所述懸浮液3中，磁流體溶液2和懸浮液3的體積比為1: 500 ;所述磁流體溶液為納米Fe3O4顆粒和蒸饋水的混合液，其中，納米Fe3O4顆粒體積百分比為3.6% ;納米Fe 304顆粒4通過靜電力的作用附著在h-BN顆粒5表面；
[0043]子步驟A3:將滴入磁流體溶液的懸浮液靜置4小時(shí)，分離為上清液和沉淀物，沉淀物為h-BN@Fe304復(fù)合粉體；<