一种三维相分离导热塑料母粒及其制备方法

技术领域

本发明具体涉及一种三维相分离导热塑料母粒及其制备方法，属于热界面材料领域。

背景技术

在电子技术领域，由于电子线路的集成度越来越高，热量的聚积也越来越多。热量的集聚导致器件温度升高，工作稳定性降低。根据Arhelmins公式，温度每升高10℃，处理器寿命降低一半。因此，用于处理器的材料要求具有高导热性能，以便热量迅速传导出，达到降温目的。对于高集成度芯片，其设计热能是如此之高以致于普通散热装置难以保证有效散热。由于陶瓷产品的加工难度高，易破裂，人们开始寻求由容易加工、耐冲击的塑料来制备导热材料。随着电子电器产业的迅猛发展，比如电路板材料、散热器件(如CPU散热器)、CPU风扇、电子隔离板、半导体设备外壳、移动通信设备的外壳都要求有较好的导热性，加工容易，成本低。

导热塑料产品开发是高分子材料研究的重要内容之一，近些年以来导热塑料的研究有了很多新进展。但是，导热塑料材料的研究仅局限于简单的共混复合，所得材料的导热系数还不高。同时，使用共混的方式要实现导热塑料的高导热率对填料填充量的需求较大。对于导热复合材料而言，最重要的是构建“导热通路”。3D导热通路的构建有利于导热填料最大限度的发挥作用，从而展现出优异的导热性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维相分离导热塑料母粒及其制备方法，制备的导热塑料母粒在极低的填充量(25wt％)下可实现极高的导热性能(导热系数≥3.5W/m·K)，此导热塑料母粒可广泛应用于对导热有较高要求的领域。

本发明采取的技术方案之一是：一种三维相分离导热塑料母粒，所述导热塑料母粒包括塑料母粒和h-BN，所述塑料母粒的材料为聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚酰胺，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，尼龙，尼龙66中的一种或者两种或者两种以上的复合物；所述h-BN在导热塑料母粒中的重量比为5％～25％。

作为本方案的进一步优选，所述塑料母粒的粒径为300～500μm。

作为本方案的进一步优选，所述h-BN的粒径为10～30μm。

本发明采取的技术方案之二是：一种三维相分离导热塑料母粒的其制备方法，制备包括以下步骤：

(a)塑料母粒磺酸基的处理；

1)将塑料粒子经造粒机重新造粒，造粒成粒径为(300～500)um；

2)将造粒好的塑料粒子置于一定浓度的H

(b)h-BN的处理

1)将h-BN放置在管式炉中热处理，然后冷却至室温；

2)将上述处理的h-BN配置成水溶液，浓度为(10～50)g/L，然后加入一定质量的阳离子表面活性剂，在一定温度下反应一段时间，后经抽滤处理后置于烘箱中烘干备用；

(c)h-BN与塑料粒子的静电自组装

按比例称取上述步骤(a)和步骤(b)中处理的材料，放置于事先配置的具有一定pH值的水溶液中，搅拌(5～10)min后静置(20～30)min，两者通过静电自组装的方式结合在一起；后经抽滤处理后置于烘箱中烘干，即得三维相分离的导热塑料母粒。

作为本方案的进一步优选，所述塑料粒子使用H

作为本方案的进一步优选，所述阳离子表面活性包括3-氨基丙基三乙氧基硅烷，十六烷基三甲基溴化铵，十八烷基三甲基氯化馁，十二烷基二甲基氧化胺中的一种或几种。

作为本方案的进一步优选，所述h-BN的处理温度为(60～80)℃，处理时间为(12～24)h。

作为本方案的进一步优选，在静电自组装过程中控制pH的范围为6～10。

作为本方案的进一步优选，处理后的h-BN与塑料粒子的质量比为(5-25)：100。

作为本方案的进一步优选，所述步骤(a)中，处理后的塑料粒子经抽滤处理后置于50℃烘箱中烘24h备用。

作为本方案的进一步优选，所述步骤(b)中，h-BN在管式炉中在1000℃的空气气氛下热处理2小时，并且h-BN于阳离子表面活性剂，在一定温度下反应后经抽滤处理再置于50℃烘箱中烘24h备用。

作为本方案的进一步优选，所述步骤(c)中，静电自组装结合后经抽滤处理再置于50℃烘箱中烘24h。

本发明的有益效果是：本发明通过化学改性使六方氮化硼(h-BN)和塑料母粒分别带有不同的正负电荷，两者会通过静电自组装的方式结合在一起。h-BN吸附在塑料母粒的表面，在高温熔融以后h-BN相与塑料母粒之间形成相分离结构。h-BN相包裹住塑料母粒相构成3D导热通路，此方法可实现在较低的填充量下导热通路的构建，使具有导热功能的h-BN最大的发挥作用，从而实现在较低的填充量下高导热功能的实现。制备的导热塑料母粒制成复合材料后在极低的填充量(25wt％)下，导热系数≥3.5W/m·K，展现出优异的导热性能。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种三维相分离导热塑料母粒，其包括塑料母粒和h-BN，所述塑料母粒的材料为聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚酰胺，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，尼龙，尼龙66中的一种或者两种或者两种以上的复合物；所述h-BN在导热塑料母粒中的重量比为5％～25％。

该三维相分离导热塑料母粒的制备方法包括以下步骤：

a)塑料母粒磺酸基的处理

1)将100g购买的PP塑料粒子经造粒机重新造粒，造粒成粒径为350um；

2)将造粒好的PP塑料粒子置于浓度为8mol/L的H

b)h-BN的处理

1)将30g h-BN放置在管式炉中在1000℃的空气气氛下热处理2小时，然后冷却至室温；

2)将上述处理的h-BN配置成浓度为40g/L的水溶液，然后加入0.5g 3-氨基丙基三乙氧基硅烷，在80℃温度下反应24h，后经抽滤处理后置于50℃烘箱中烘24h备用；

c)h-BN与塑料粒子的静电自组装

称取20g上述a)步骤中处理的PP粒子和5g上述b)步骤中处理的h-BN，放置于事先配置的pH值为9的水溶液中，搅拌(5～10)min后静置(20～30)min，两者通过静电自组装的方式结合在一起。后经抽滤处理后置于50℃烘箱中烘24h，即得三维相分离的导热塑料母粒。

通过模具对上述导热塑料母粒熔融，并施加10MPa的压力，制成直径为3cm的圆片，根据ISO 22007-2标准使用Hotdisk导热测试仪测试其导热系数，测试6个样片，取平均值为3.5W/m·K。此导热塑料母粒展现出优良的导热性能，可应用于对导热有高要求的领域。

本实施例中，导热填料主体为导热性能好的六方氮化硼(h-BN)，h-BN经过阳离子表面活性剂处理使其带有正电性。塑料母粒先经造粒机制成(300～500)um的粒子，后经过浓硫酸处理使其表面带有磺酸基。因磺酸基呈现负电性，经处理后的h-BN通过静电自组装的方式吸附在塑料母粒表面，即制备成导热塑料母粒。该塑料母粒经热熔后h-BN与塑料之间形成三维相分离结构，h-BN相结构联合在一起形成3D导热通路。该导热母粒经热熔后制备成塑料片，然后根据ISO 22007-2标准进行测试，测得导热系数≥3.5W/m·K，展现出优异的导热性能。

对比实施例1

此对比实施例与实施例1的区别为塑料母粒与h-BN都未经过处理，直接通过共混的方式进行混合。

1)称取20g的PP塑料粒子和5g的h-BN，桌面式单螺杆挤出机挤出造粒；

2)上述挤出造粒的粒子置于模具中，对上述塑料母粒熔融，并施加10MPa的压力，制成直径为3cm的圆片，根据ISO 22007-2标准使用Hotdisk导热测试仪测试其导热系数，测试6个样片，取平均值为0.9W/m·K。较实施例1导热性能有非常明显的下降，此塑料粒子的导热性能较差，几乎不能应用于对导热有要求的场所。

综合实施例1和对比实施例1可以看出，通过本发明的方法可以有效的制备一种三维相分离的导热塑料母粒。制备的导热塑料母粒经过热熔后可以有效的构建导热填料的相分离结构，导热填料最大限度的发挥导热的功能，在较低的填充量下可以实现优异的导热性能。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本发明的保护范围内。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。