一種基于聚醚砜和氮化硼的高效制備導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于聚醚砜和氮化硼的高效制備導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂的方法。該方法基于少量的聚醚砜與環(huán)氧樹脂共混時形成連續(xù)相或半連續(xù)相結(jié)構(gòu)，使導(dǎo)熱填料分散在連續(xù)相基體中形成導(dǎo)熱通道，獲得導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂。本發(fā)明具有以下優(yōu)點：無機亞微米粉體氮化硼顆粒經(jīng)過表面處理后在基體中分散均勻，不易團聚；制備工藝易操作；所得樣品與傳統(tǒng)方法所得樣品比較，導(dǎo)熱粉體氮化硼隨著PES連續(xù)相的形成更加容易形成導(dǎo)熱通道，導(dǎo)熱填料填充效率更高；復(fù)合材料有更好的沖擊性能。
【專利說明】一種基于聚醚砜和氮化硼的高效制備導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備方法領(lǐng)域，具體涉及一種采用聚醚砜和無機亞 微米粉體氮化硼制備導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著電子、電氣元器件和設(shè)備向輕薄化和大功率化方向發(fā)展，對具有導(dǎo)熱 絕緣的封裝材料的需求也越來越大。因為高性能電子電氣產(chǎn)品在運行過程中必然會產(chǎn)生更 多的熱量，如果散熱得不到有效解決，這將大大降低產(chǎn)品的功效，縮短產(chǎn)品的使用壽命。因 此，散熱在電子封裝和熱傳導(dǎo)工業(yè)已經(jīng)成為一個非常重要的問題，具有導(dǎo)熱絕緣作用的封 裝材料對產(chǎn)品性能的提高和使用壽命的延長具有極其重要的作用。
[0003] 電子封裝材料的種類很多，當(dāng)前主要使用環(huán)氧樹脂類封裝材料，它具有良好的粘 結(jié)性能、電氣絕緣性能、加工性能和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性，且成本較低。然而它也有一些不足， 如延伸率低、脆性大和導(dǎo)熱性能差。
[0004] 提高聚合物導(dǎo)熱性能的途徑主要有兩種：1.本體性，即合成的聚合物本身具有高 導(dǎo)熱的結(jié)構(gòu)，如具有良好導(dǎo)熱性能的聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等，主要通過電子導(dǎo)熱機制實 現(xiàn)導(dǎo)熱；或具有完整結(jié)晶性，通過聲子實現(xiàn)導(dǎo)熱的聚合物。此類方法工藝復(fù)雜，加工成本 高。2.填充型，即高導(dǎo)熱無機物對聚合物進行填充復(fù)合制備聚合物/無機物導(dǎo)熱復(fù)合材料， 通過填料的高導(dǎo)熱性能來提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。環(huán)氧樹脂的導(dǎo)熱改性一般采用填充型 方法，通過添加導(dǎo)熱填料物理共混提高環(huán)氧樹脂的導(dǎo)熱性能，此法加工容易、成本低，但導(dǎo) 熱填料使用效率低，且復(fù)合材料脆性大，對用于高性能產(chǎn)品的散熱還存在一定的缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種基于聚醚砜和氮化硼的高效制備導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂的方法。此方法基 于少量的聚醚砜（PES)與環(huán)氧樹脂共混時即可形成連續(xù)相或半連續(xù)相結(jié)構(gòu)，使導(dǎo)熱填料較 為有效地分散在連續(xù)相基體中形成導(dǎo)熱通道，獲得導(dǎo)熱性能良好且絕緣的環(huán)氧樹脂。本發(fā) 明制備方法簡單，制備溫度較低。
[0006] 本發(fā)明的目的在于提供復(fù)合材料的制備方法。一種基于聚醚砜和氮化硼的高效 制備導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂的方法，基于少量的聚醚砜與環(huán)氧樹脂共混時形成連續(xù)相或半連續(xù)相結(jié) 構(gòu)，使導(dǎo)熱填料分散在連續(xù)相基體中形成導(dǎo)熱通道，獲得導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂。
[0007] -種基于聚醚砜和氮化硼的高效制備導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂的方法，包括以下步驟：（1) 納米氮化硼顆粒改性
[0008] 1)在250ml燒瓶中稱量150ml無水乙醇，稱量一定量的偶聯(lián)劑溶解在無水乙醇中， 然后稱量一定量的無機亞微米粉體氮化硼粉末，緩慢加入到無水乙醇溶液中；
[0009] 2)對無機亞微米粉體氮化硼溶液進行超聲處理l-2h;
[0010] 3)在機械攪拌條件下，加熱無機亞微米粉體氮化硼溶液回流4h;
[0011] 4)用50ml無水乙醇對氮化硼溶液進行抽濾，用于洗去未反應(yīng)的偶聯(lián)劑，然后在 80-KKTC真空烘箱中干燥5-15h，得到改性的氮化硼顆粒，并貯存于干燥器內(nèi)備用；
[0012] (2)復(fù)合材料制備
[0013] 1)將聚醚砜加入到液態(tài)固化劑中，在50-70°C的條件下機械攪拌3-5h，至溶解均 勻；
[0014] 2)將步驟（1)中得到的改性后的氮化硼粉末加入分散好的上述溶液中，在 50-70°C條件下機械攪拌4h，使得氮化硼粉末與聚醚砜充分分散均勻；
[0015] 3)向上述溶液中加入一定量的環(huán)氧樹脂，在50-70°C條件下攪拌20-60min至溶液 均勻；
[0016] 4)放入真空烘箱中在60-KKTC條件下抽真空，持續(xù)5-15min，反復(fù)2-3次，直到充 分除去液體中的氣泡；
[0017] 5)將混合后的無氣泡的混合液澆注至自制的模具中，按照100°C 2-3h，120°C 4-6h 的工藝條件進行固化；
[0018] 6)取出模具，在室溫下冷卻l-2h，脫模后即得到導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂。
[0019] 其中，步驟（1)中的1)中所述的偶聯(lián)劑為KH-570硅烷偶聯(lián)劑；無機亞微米粉體氮 化硼粉末需要在真空烘箱中100°c干燥后使用；乙醇、無機亞微米粉體氮化硼粉末及偶聯(lián) 劑的用量按照質(zhì)量比計為300 :50 :1 ;
[0020] 步驟⑵中的1)中所述的液態(tài)固化劑為甲基四氫苯酐；聚醚砜與甲基四氫苯酐的 質(zhì)量比為1:4 ;3)中所述的環(huán)氧樹脂與甲基四氫苯酐用量比為5:4,改性的氮化硼顆粒的用 量為 5. 3-11. 2g。
[0021] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點：（1)無機亞微米粉體氮化硼顆粒經(jīng)過表面處理后在基體中 分散均勻，不易團聚；（2)制備工藝易操作；（3)所得樣品與傳統(tǒng)方法所得樣品比較，導(dǎo)熱粉 體氮化硼隨著PES連續(xù)相的形成更加容易形成導(dǎo)熱通道，導(dǎo)熱填料填充效率更高；(4)復(fù)合 材料有更好的沖擊性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為實施例1-3制得樣品的導(dǎo)熱性能
[0023] 圖2為5 % BN/EP/PES復(fù)合材料掃描電鏡照片
[0024] 圖3為5 % BN/EP/PES刻蝕PES復(fù)合材料掃描電鏡照片

【具體實施方式】
[0025] 以下將通過具體實施例對本發(fā)明作進一步描述，但不應(yīng)將其理解為對本發(fā)明保護 范圍的限制。
[0026] 實施例1
[0027] -種基于聚醚砜材料制備環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的方法，包括以下步驟：
[0028] 1)將10g聚醚砜加入到40g液態(tài)固化劑甲基四氫苯酐中，在50°C的條件下機械攪 拌3h，至溶解均勻；
[0029] 2)向上述溶液中加入50g環(huán)氧樹脂，在50°C條件下攪拌20min至溶液均勻；
[0030] 3)放入真空烘箱中在60°C條件下抽真空，持續(xù)5min，反復(fù)2次，直到充分除去液體 中的氣泡；
[0031] 4)將混合后的無氣泡的混合液澆注至自制的模具中，按照120°C 5h的工藝條件進 行固化；
[0032] 5)取出模具，在室溫下冷卻lh，脫模后即得到環(huán)氧/聚醚砜復(fù)合材料。
[0033] 實施例2
[0034] 一種基于聚醚砜和氮化硼的高效制備導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂的方法，包括以下步驟：（1) 納米氮化硼顆粒改性
[0035] 1)在250ml燒瓶中稱量150ml無水乙醇，稱量0. 5g KH-570硅烷偶聯(lián)劑溶解在無 水乙醇中，然后稱量25g在真空烘箱中KKTC干燥后的無機亞微米粉體氮化硼粉末，緩慢加 入到無水乙醇溶液中；
[0036] 2)對無機亞微米粉體氮化硼溶液進行超聲處理lh ;
[0037] 3)在機械攪拌條件下，加熱無機亞微米粉體氮化硼溶液回流4h ;
[0038] 4)用50ml無水乙醇對氮化硼溶液進行抽濾，用于洗去未反應(yīng)的偶聯(lián)劑，然后在 80°C真空烘箱中干燥5h，得到改性的氮化硼顆粒，并貯存于干燥器內(nèi)備用；
[0039] (2)復(fù)合材料制備
[0040] 1)將l〇g聚醚砜加入到40g液態(tài)固化劑甲基四氫苯酐中，在50°C的條件下機械攪 拌3h，至溶解均勻；
[0041] 2)將步驟（1)中得到的改性后的氮化硼粉末5.3g加入分散好的上述溶液中，在 50°C條件下機械攪拌4h，使得氮化硼粉末與聚醚砜充分反應(yīng)且均勻分散；
[0042] 3)向上述溶液中加入50g環(huán)氧樹脂，在50°C條件下攪拌20min至溶液均勻；
[0043] 4)放入真空烘箱中在60°C條件下抽真空，持續(xù)5min，反復(fù)2次，直到充分除去液體 中的氣泡；
[0044] 5)將混合后的無氣泡的混合液澆注至自制的模具中，按照100°C 2h，120°C 4h的工 藝條件進行固化；
[0045] 6)取出模具，在室溫下冷卻lh，脫模后即得到導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂。
[0046] 實施例3
[0047] -種基于聚醚砜和氮化硼的高效制備導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂的方法，包括以下步驟：（1) 納米氮化硼顆粒改性
[0048] 1)在250ml燒瓶中稱量150ml無水乙醇，稱量0. 5g KH-570硅烷偶聯(lián)劑溶解在無 水乙醇中，然后稱量25g在真空烘箱中KKTC干燥后的無機亞微米粉體氮化硼粉末，緩慢加 入到無水乙醇溶液中；
[0049] 2)對無機亞微米粉體氮化硼溶液進行超聲處理lh ;
[0050] 3)在機械攪拌條件下，加熱無機亞微米粉體氮化硼溶液回流4h ;
[0051] 4)用50ml無水乙醇對氮化硼溶液進行抽濾，用于洗去未反應(yīng)的偶聯(lián)劑，然后在 KKTC真空烘箱中干燥15h，得到改性的氮化硼顆粒，并貯存于干燥器內(nèi)備用；
[0052] (2)復(fù)合材料制備
[0053] 1)將10g聚醚砜加入到40g液態(tài)固化劑甲基四氫苯酐中，在70°C的條件下機械攪 拌5h，至溶解均勻；
[0054] 2)將步驟（1)中得到的改性后的氮化硼粉末11. 2g加入分散好的上述溶液中，在 70°C條件下機械攪拌4h，使得氮化硼粉末與聚醚砜充分反應(yīng)且均勻分散；
[0055] 3)向上述溶液中加入50g環(huán)氧樹脂，在70°C條件下攪拌60min至溶液均勻；
[0056] 4)放入真空烘箱中在100°C條件下抽真空，持續(xù)15min，反復(fù)3次，直到充分除去液 體中的氣泡；
[0057] 5)將混合后的無氣泡的混合液澆注至自制的模具中，按照100°C 3h，120°C 4h的工 藝條件進行固化；；
[0058] 6)取出模具，在室溫下冷卻2h，脫模后即得到導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂。
[0059] 對上述實施例1-3制得樣品的導(dǎo)熱性能進行了測試，并且采用電鏡觀察形貌，測 試結(jié)果如下所示。由刻蝕前后電鏡圖片對比可以明顯看出EP/PES/BN形成網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)， 含BN的PES相形成導(dǎo)熱通道的結(jié)構(gòu)。用本方法制備的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料（EP/PES/BN)比 常規(guī)改性的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料（EP/BN)具有更好的導(dǎo)熱性能，且比純環(huán)氧具有更高的沖擊 強度，樣品保持絕緣。
[0060] 表1實施例1-3制得樣品的電阻
[0061]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于聚醚砜和氮化硼的高效制備導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂的方法，其特征在于，基于少量 的聚醚砜與環(huán)氧樹脂共混時形成連續(xù)相或半連續(xù)相結(jié)構(gòu)，使導(dǎo)熱填料分散在連續(xù)相基體中 形成導(dǎo)熱通道，獲得導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聚醚砜和氮化硼的高效制備導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂的方法， 其特征在于，包括以下步驟： (1) 納米氮化硼顆粒改性 1) 在250ml燒瓶中稱量150ml無水乙醇，稱量一定量的偶聯(lián)劑溶解在無水乙醇中，然后 稱量一定量的無機亞微米粉體氮化硼粉末，緩慢加入到無水乙醇溶液中； 2) 對無機亞微米粉體氮化硼溶液進行超聲處理l_2h ; 3) 在機械攪拌條件下，加熱無機亞微米粉體氮化硼溶液回流4h ; 4) 用50ml無水乙醇對氮化硼溶液進行抽濾，用于洗去未反應(yīng)的偶聯(lián)劑，然后在 80-KKTC真空烘箱中干燥5-15h，得到改性的氮化硼顆粒，并貯存于干燥器內(nèi)備用； (2) 復(fù)合材料制備 1) 將聚醚砜加入到液態(tài)固化劑中，在50-70°C的條件下機械攪拌3-5h，至溶解均勻； 2) 將步驟（1)中得到的改性后的氮化硼粉末加入分散好的上述溶液中，在50-70°C條 件下機械攪拌4h，使得氮化硼粉末與聚醚砜充分分散均勻； 3) 向上述溶液中加入一定量的環(huán)氧樹脂，在50-70°C條件下攪拌20-60min至溶液均 勻； 4) 放入真空烘箱中在60-KKTC條件下抽真空，持續(xù)5-15min，反復(fù)2-3次，直到充分除 去液體中的氣泡； 5) 將混合后的無氣泡的混合液澆注至自制的模具中，按照100°C 2-3h，120°C 4-6h的工 藝條件進行固化； 6) 取出模具，在室溫下冷卻l_2h，脫模后即得到導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于聚醚砜和氮化硼的高效制備導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂的方法， 其特征在于，步驟（1)中的1)中所述的偶聯(lián)劑為KH-570硅烷偶聯(lián)劑；無機亞微米粉體氮化 硼粉末需要在真空烘箱中l(wèi)〇〇°C干燥后使用；乙醇、無機亞微米粉體氮化硼粉末及偶聯(lián)劑 的用量按照質(zhì)量比計為300 :50 :1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于聚醚砜和氮化硼的高效制備導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂的方法， 其特征在于，步驟（2)中的1)中所述的液態(tài)固化劑為甲基四氫苯酐；聚醚砜與甲基四氫苯 酐的質(zhì)量比為1:4 ;3)中所述的環(huán)氧樹脂與甲基四氫苯酐用量比為5:4,改性的氮化硼顆粒 的用量為5. 3-11. 2g。
【文檔編號】C08G59/42GK104327460SQ201410607027
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】沈育才, 曹晨, 王庭慰, 陳祥寶 申請人:南京工業(yè)大學(xué)