專利名稱：導(dǎo)熱性復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料，且特別是涉及一種導(dǎo)熱性復(fù)合材料。先前技術(shù)隨著科技的日新月異，電子與光電產(chǎn)品均朝輕、薄、短、小與高功率的趨勢(shì)發(fā)展。如此的發(fā)展將使得電子與光電產(chǎn)品的發(fā)熱密度隨之提高，因而電子與光電產(chǎn)品對(duì)于散熱的需求也大幅增加。目前，由于聚合物材料具有易于加工成型的優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛地應(yīng)用來(lái)制作電子與光電產(chǎn)品的零部件。然而，聚合物材料的導(dǎo)熱性通常不好。因此，采用聚合物材料來(lái)制作這些產(chǎn)品的零部件時(shí)，一般是將導(dǎo)熱性好的粉末摻入聚合物材料中，以熔融混合成具有較好的散熱效果的復(fù)合材料。一般而言，所添加的導(dǎo)熱性粉末的量需足夠，所形成的導(dǎo)熱性復(fù)合材料才能提供良好的導(dǎo)熱效果。然而，一般常用的導(dǎo)熱性粉末的價(jià)格高。而且，聚合物材料與這些導(dǎo)熱性粉末之間通常兼容性低，在外力沖擊下，裂縫容易沿著聚合物材料與導(dǎo)熱性粉末之間的接口傳遞。因此，添加的粉末的量越多，不僅會(huì)增加導(dǎo)熱性復(fù)合材料的制作成本，更由于粉末與聚合物材料之間的接口面積增加，而使得導(dǎo)熱性復(fù)合材料的材料特性越脆，耐沖擊強(qiáng)度大幅下降。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一種特定方式是提供一種導(dǎo)熱性復(fù)合材料，可在不增加導(dǎo)熱性粉末的添加量下，提高導(dǎo)熱性復(fù)合材料的導(dǎo)熱性，進(jìn)而可有效地?cái)U(kuò)展導(dǎo)熱性復(fù)合材料的應(yīng)用性。本發(fā)明的另一特定方式是提供一種導(dǎo)熱性復(fù)合材料，其導(dǎo)熱性粉末填充物的無(wú)機(jī)粉末顆粒具有孔洞結(jié)構(gòu)，因此其無(wú)機(jī)粉末顆粒之間具有高接觸面積，因而可提高導(dǎo)熱性粉末填充物的導(dǎo)熱效能，進(jìn)一步有效地提高導(dǎo)熱性復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。本發(fā)明的又一特定方式是提供一種導(dǎo)熱性復(fù)合材料，由于其導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末顆粒具有孔洞結(jié)構(gòu)，聚合物材料與導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末在高溫熔融混煉，而在后續(xù)的降溫期間，受到聚合物材料熱收縮程度較大的影響，聚合物材料會(huì)滲入導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末顆粒的孔洞結(jié)構(gòu)中。因此，聚合物材料與導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末可緊密結(jié)合，進(jìn)而可大幅度地提高導(dǎo)熱性復(fù)合材料的韌性。根據(jù)本發(fā)明的上述目的，提出了一種導(dǎo)熱性復(fù)合材料，其包含一種聚合物基材以及一種導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物。該導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物散布在聚合物基材中。其中，該導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物包含復(fù)數(shù)個(gè)無(wú)機(jī)粉末顆粒，且每一個(gè)無(wú)機(jī)粉末顆粒包含至少一個(gè)孔洞結(jié)構(gòu)。依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，上述聚合物基材的材料可選自由聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、液晶聚合物、上述材料的衍生共聚合物以及上述材料的任意組合所組成的組。
依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，上述聚合物基材的材料可選自由環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、 不飽和聚酯、聚脲酯樹(shù)脂、硅橡膠、上述材料的化合衍生物以及上述材料的任意組合所組成的組。依據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，上述聚合物基材的含量為5 80體積％，而導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物的含量為20 95體積％。依據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例，上述導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物的材料選自由氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、碳化硅、氧化鋅及上述材料的任意組合所組成的組。依據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例，上述導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物的材料選自由鋁粉、銅粉、 鎳粉、石墨及上述材料的任意組合所組成的組。依據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例，上述無(wú)機(jī)粉末顆粒是由一種原生粉末經(jīng)預(yù)燒結(jié)處理所形成的，這些無(wú)機(jī)粉末顆粒的平均粒徑為原生粉末顆粒的平均粒徑的2 10倍。依據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例，上述導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物的材料為氧化鋁，且該導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物的密度介于2. 0與3. 5之間。實(shí)施方式一般而言，導(dǎo)熱性復(fù)合材料是由聚合物材料與導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末經(jīng)熔融混制而成的。由于聚合物材料通常是熱的不良導(dǎo)體，因此導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末在聚合物材料中的分散與接觸情況是影響導(dǎo)熱性復(fù)合材料的導(dǎo)熱性的主要因素。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在導(dǎo)熱性復(fù)合材料中，導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末顆粒之間的接觸點(diǎn)越多，甚至彼此之間形成網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)熱性復(fù)合材料的熱傳導(dǎo)性則越好。但散布在聚合物材料中的導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末顆粒之間的接觸大多屬于單點(diǎn)接觸，因此熱傳導(dǎo)效果普遍不好。有鑒于此，本發(fā)明的一種實(shí)施方式采用融合多個(gè)導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末的方式，使原生顆粒融接在一起，藉此提高原生顆粒之間的接觸面積。如此一來(lái)，可在不增加導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末的添加重量的情況下達(dá)到提高導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末的效用的目的。請(qǐng)參照

圖1，其描繪示出了依照本發(fā)明的一種實(shí)施方式的一種導(dǎo)熱性復(fù)合材料的剖面示意圖。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，在制作導(dǎo)熱性復(fù)合材料100的導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物108的無(wú)機(jī)粉末顆粒104時(shí)，可先提供一般市售的導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末。再于高溫下對(duì)這些導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末進(jìn)行預(yù)燒結(jié)處理，使導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末內(nèi)的原生顆粒有部分區(qū)域與其它原生顆粒融接在一起，而形成具有孔洞結(jié)構(gòu)的塊狀材料。將該具有孔洞結(jié)構(gòu)的塊狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行破碎與研磨，即可得到無(wú)機(jī)粉末顆粒104。因此，經(jīng)預(yù)燒結(jié)作業(yè)后所形成的無(wú)機(jī)粉末顆粒104的尺寸大于原生粉末顆粒的尺寸。在一實(shí)施例中，無(wú)機(jī)粉末顆粒104的平均粒徑可為原生粉末顆粒的平均粒徑的2 10倍。在一實(shí)施例中，構(gòu)成導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物108的無(wú)機(jī)粉末顆粒104的導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末，其材料可為絕緣材料。此時(shí)，導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末的材料可例如選自由氧化鋁、氮化鋁、 氮化硼、碳化硅、氧化鋅及上述材料的任意組合所組成的組。藉由采用絕緣導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末，所制作而成的導(dǎo)熱性復(fù)合材料100可應(yīng)用在光電與電子產(chǎn)品上，例如馬達(dá)線圈的繞線架、散熱鰭片等。如此，可有效地?cái)U(kuò)展導(dǎo)熱性復(fù)合材料100的應(yīng)用范圍。在另一實(shí)施例中，構(gòu)成導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物108的無(wú)機(jī)粉末顆粒104的導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末，其材料可為非絕緣性材料。此時(shí)，導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末的材料可例如選自由鋁粉、銅粉、鎳粉、石墨及上述材料的任意組合所組成的組。在又一實(shí)施例中，構(gòu)成導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物108的無(wú)機(jī)粉末顆粒104的導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末，其可為由非絕緣性的金屬粉末與絕緣性粉末所組成的復(fù)合粉末。此時(shí)，導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物108的無(wú)機(jī)粉末顆粒104是由金屬粉末與絕緣性粉末共同經(jīng)預(yù)燒結(jié)過(guò)程所融接而成的。在一例子中，金屬粉末的材料可例如選自由鋁粉、銅粉、鎳粉及上述材料的任意組合所組成的組；而絕緣性粉末的材料可例如選自由氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、碳化硅、氧化鋅及上述材料的任意組合所組成的組。由于無(wú)機(jī)粉末顆粒104是在預(yù)燒結(jié)過(guò)程中由原生粉末顆粒融接而成的，因此無(wú)機(jī)粉末顆粒104包含一個(gè)或多個(gè)孔洞結(jié)構(gòu)106。在原生粉末顆粒經(jīng)預(yù)燒結(jié)處理形成無(wú)機(jī)粉末顆粒104后，可增加無(wú)機(jī)粉末顆粒104內(nèi)的原生粉末顆粒之間的接觸面積，進(jìn)一步可提高無(wú)機(jī)粉末顆粒104的導(dǎo)熱效能。因此，可在不增加導(dǎo)熱性粉末的添加量下，提高導(dǎo)熱性復(fù)合材料的導(dǎo)熱性。由于無(wú)機(jī)粉末顆粒104經(jīng)燒結(jié)后，包含至少一個(gè)孔洞結(jié)構(gòu)106，因此無(wú)機(jī)粉末顆粒 104的密度較原生粉末顆粒的密度低。例如，當(dāng)導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物108的無(wú)機(jī)粉末顆粒 104的材料為氧化鋁時(shí)，導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物108的密度可例如介于2. 0與3. 5之間。接著，提供聚合物基材102的材料。其中，該聚合物基材102包含一種或多種聚合物材料。在一實(shí)施例中，聚合物基材102的材料可以是塑料。該塑料材料可例如選自由聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)、上述材料之衍生共聚合物、及上述材料的任意組合所組成的組。在另一實(shí)施例中，聚合物基材102的材料可以是低分子量的聚合物組分，例如聚合物的單體或低聚物。此低分子量的聚合物組分可例如選自由環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、不飽和聚酯、聚脲酯樹(shù)脂、硅橡膠、上述材料的化合衍生物以及上述材料的任意組合所組成的組。接下來(lái)，將導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物108的無(wú)機(jī)粉末顆粒104與聚合物基材102的材料熔融混煉。在一實(shí)施例中，導(dǎo)熱性復(fù)合材料100中的聚合物基材102的含量可為5 80體積％，而導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物108的含量則可為20 95體積％。在一例子中，當(dāng)聚合物基材102的材料為塑料時(shí)，使導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物108散布于聚合物基材102中時(shí)，先將無(wú)機(jī)粉末顆粒104與塑料材料在高溫下進(jìn)行熔融混煉，再將聚合物基材102的材料與無(wú)機(jī)粉末顆粒104混煉而成的混合物降溫至室溫，即完成導(dǎo)熱性復(fù)合材料100的制作。在另一例子中，當(dāng)聚合物基材102的材料為低分子量的聚合物組分時(shí)，可根據(jù)聚合物材料的熔化溫度的高低，在一適當(dāng)溫度下進(jìn)行聚合物基材102的材料與導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物108的混合。再于較混合時(shí)溫度更高的溫度下，使該混合物中的低分子量的聚合物組分進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)?；蛘撸噪娮邮?、伽馬射線、紫外(UV)光或其它方式，來(lái)使聚合物組分進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)。如此，即可形成熱固性聚合物導(dǎo)熱材料或橡膠導(dǎo)熱材料，而完成導(dǎo)熱性復(fù)合材料100的制作。由于無(wú)機(jī)粉末顆粒104包含至少一個(gè)孔洞結(jié)構(gòu)106，受聚合物基材102的材料熱收縮程度較大的影響，聚合物基材102的材料會(huì)滲入無(wú)機(jī)粉末顆粒104的孔洞結(jié)構(gòu)106中。 如此一來(lái)，可使得聚合物基材102與無(wú)機(jī)粉末顆粒104緊密結(jié)合，因而可大幅度地提高導(dǎo)熱性復(fù)合材料100的韌性。下表1為本發(fā)明的三個(gè)實(shí)施例與四個(gè)比較實(shí)施例的實(shí)施情形與導(dǎo)熱和耐沖擊強(qiáng)度的結(jié)果。表 權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)熱性復(fù)合材料，包含一種聚合物基材；以及一種導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物，其散布在該聚合物基材中，其中所述的導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物包含復(fù)數(shù)個(gè)無(wú)機(jī)粉末顆粒，且每一個(gè)無(wú)機(jī)粉末顆粒包含至少一個(gè)孔洞結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱性復(fù)合材料，其中所述的聚合物基材包含至少一種聚合物材料。
3.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱性復(fù)合材料，其中所述的聚合物基材的材料選自由聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚對(duì)苯二甲醇乙二醇酯、聚苯硫醚、液晶聚合物、上述材料的衍生共聚合物以及上述材料的任意組合所組成的組。
4.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱性復(fù)合材料，其中所述的聚合物基材的材料選自由環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、不飽和聚酯、聚脲酯樹(shù)脂、硅橡膠、上述材料的化合衍生物及上述材料的任意組合所組成的組。
5.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱性復(fù)合材料，其中所述的聚合物基材的含量為5 80體積％，所述導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物的含量為20 95體積％。
6.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱性復(fù)合材料，其中所述的導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物的材料選自由氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、碳化硅、氧化鋅及上述材料的任意組合所組成的組。
7.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱性復(fù)合材料，其中所述的導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物的材料選自由鋁粉、銅粉、鎳粉、石墨及上述材料的任意組合所組成的組。
8.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱性復(fù)合材料，其中所述的無(wú)機(jī)粉末顆粒是由一種原生粉末經(jīng)預(yù)燒結(jié)處理所形成的，所述的無(wú)機(jī)粉末顆粒的平均粒徑是該原生粉末的顆粒的平均粒徑的2 10倍。
9.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱性復(fù)合材料，其中所述的導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物的材料是氧化鋁，并且所述導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物的密度介于2. 0與3. 5之間。
10.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱性復(fù)合材料，其中所述的導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物的材料是由一種金屬粉末與一種絕緣性粉末所組成的一種復(fù)合粉末，其中所述的金屬粉末的材料選自由鋁粉、銅粉、鎳粉及上述材料的任意組合所組成的組，且該絕緣性粉末的材料選自由氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、碳化硅、氧化鋅及上述材料的任意組合所組成的組。
全文摘要
一種導(dǎo)熱性復(fù)合材料。該導(dǎo)熱性復(fù)合材料包含一種聚合物基材以及一種導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物。導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物散布在聚合物基材中。其中，導(dǎo)熱性無(wú)機(jī)粉末填充物包含復(fù)數(shù)個(gè)無(wú)機(jī)粉末顆粒，且每一個(gè)無(wú)機(jī)粉末顆粒包含至少一個(gè)孔洞結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)C08L101/00GK102372927SQ201010254198
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月12日
發(fā)明者廖福森, 章明松, 許仁勇 申請(qǐng)人:中國(guó)鋼鐵股份有限公司