具有核-殼結(jié)構(gòu)的絕緣導(dǎo)熱石墨微粉及其制備方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種聚合物改性的粉體，尤其涉及一種表面經(jīng)S12修飾的石墨粉體，其制備方法以及作為填料在絕緣散熱環(huán)氧樹(shù)脂中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子元器件的小型化、微型化和高度集成化發(fā)展，其體積急劇縮小，由此帶來(lái)的散熱困難及熱量積累會(huì)嚴(yán)重影響到器件的精度和使用壽命，這已成為目前電子元器件持續(xù)小微型化的技術(shù)瓶頸，很大程度上制約著電子集成技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。另外，大中型高壓發(fā)電機(jī)組、電機(jī)以及大功率電氣、電子產(chǎn)品等，其運(yùn)行過(guò)程中的發(fā)熱、傳熱和冷卻等直接影響到其工作效率、使用壽命和可靠性等重要指標(biāo)。因此，采用有效的方法解決結(jié)構(gòu)散熱和研制高導(dǎo)熱絕緣材料，已成為現(xiàn)代電子、電氣工業(yè)發(fā)展急需解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003]填充型導(dǎo)熱聚合物制備工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本較低，因此，在電子、電氣工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。常規(guī)金屬材料，如Au、Ag、Cu、Al、Mg等，具有很高的導(dǎo)熱性，但均為導(dǎo)體，無(wú)法用作絕緣材料，而部分無(wú)機(jī)非金屬材料，如金屬氧化物A1203、MgO、ZnO、N1、金屬氮化物如:A1N、Si3N4和BN，以及SiC陶瓷等，既具有較高導(dǎo)熱性，同時(shí)也具有優(yōu)良的絕緣性能，因此被廣泛用作微電子、電機(jī)和電器等領(lǐng)域中的散熱絕緣材料。
[0004]石墨是一種高導(dǎo)熱無(wú)機(jī)非金屬材料，其導(dǎo)熱系數(shù)超過(guò)鋼、鐵等金屬材料，并且具有耐高溫、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。因此，常被用于航空、航天、LED和精密電子儀器等特殊領(lǐng)域的高導(dǎo)熱填料。但是，石墨具有導(dǎo)電性，不能作為絕緣散熱材料使用。采用表面包覆的方法，可提尚石墨的電絕緣性能。
[0005]中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利ZL201320336680.5公開(kāi)了一種新型絕緣石墨，包括石墨基體和絕緣層，絕緣層設(shè)置于石墨基體的一面，并通過(guò)粘貼、鍍層或涂覆與石墨基體成型為一體。將石墨片通過(guò)粘貼的方式與氧化硅、氧化鋁、氮化硅或氮化硼成型為一體，達(dá)到絕緣散熱的效果。
[0006]中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利ZL201220282381.3公開(kāi)了一種絕緣石墨片，包括石墨基體，將石墨基體的一面用涂布機(jī)涂上一薄膜層，使薄膜層的厚度尺寸達(dá)到0.0Olmm?0.01mm。用涂布機(jī)將石墨片涂上丙烯酸、聚氨酯、環(huán)氧樹(shù)脂、亞克力、油墨或聚乙烯薄膜層，制備絕緣散熱片材。
[0007]中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利ZL201320336732.9公開(kāi)了一種絕緣石墨，包括氧化石墨基體和膠層，膠層與氧化石墨基體粘貼。將氧化石墨片與膠層粘貼，制備絕緣散熱氧化石墨片，但是，這些已成型石墨片材不能作為聚合物的絕緣散熱填料使用。
[0008]中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)201410048639.7公開(kāi)了一種含有石墨烯的絕緣散熱組合物及其制備和應(yīng)用，其利用溶膠-凝膠法使硅酸乙酯在石墨烯表面進(jìn)行水解反應(yīng)，得到表面包覆二氧化硅膜的石墨烯。制得的S12改性石墨烯與氧化鎂、氧化鋁、碳化硅、氮化鋁、氮化硼、氧化鈹、鉆石、碳化鎢、氧化鋅等復(fù)配，制備填充型絕緣散熱塑膠與涂料。但是，目前石墨烯價(jià)格昂貴，規(guī)?；瘧?yīng)用困難。與石墨烯相比，鱗片石墨粉體材料價(jià)格低廉，但是常規(guī)鱗片石墨粉體表面無(wú)極性基團(tuán)，呈疏水性，直接采用溶膠-凝膠法包覆，易形成大量游離S12,不易形成完整的包覆，影響了材料的導(dǎo)熱性及電絕緣性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種粉體，以解決現(xiàn)有聚合物填充材料絕緣性和導(dǎo)熱性不易兼得的問(wèn)題。
[0010]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種粉體，以石墨粉體為基材，提高規(guī)?；瘧?yīng)用的水平，并顯著降低價(jià)格。
[0011]本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供一種粉體，以其為導(dǎo)熱填料應(yīng)用于絕緣散熱環(huán)氧樹(shù)脂組合物。
[0012]本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提供一種粉體的制備方法。
[0013]本發(fā)明提供的一種粉體，以石墨粉體為基材，在其表面包覆含羥基的兩親性聚合物，在含羥基的兩親性聚合物上連接Si元素。
[0014]本發(fā)明提供的另一種粉體，以石墨粉體為基材，在其表面包覆含羥基的兩親性聚合物，在含羥基的兩親性聚合物上包覆S12，形成絕緣層。
[0015]本發(fā)明石墨粉體，種類(lèi)優(yōu)先選擇鱗片石墨，顆粒優(yōu)選選擇平均粒徑6 μπι?8 μπι。
[0016]本發(fā)明的兩親性聚合物，即為具有親水性，又有疏水性的聚合物，如:但不僅限于聚乙烯醇(PVA)。
[0017]本發(fā)明的粉體具有絕緣性，可作為絕緣填料。
[0018]本發(fā)明的粉體具有散熱性，可作為導(dǎo)熱填料。
[0019]本發(fā)明的粉體具有絕緣性，可應(yīng)用于環(huán)氧樹(shù)脂，提高樹(shù)脂的散熱性并保持絕緣性。比如:與環(huán)氧樹(shù)脂及其固化劑、固化促進(jìn)劑等混合，制備絕緣散熱涂料或膠粘劑。為降低體系黏度，獲得良好的工藝性能，延長(zhǎng)適用期，以及提高填充量和導(dǎo)熱性，環(huán)氧樹(shù)脂如:但不僅限于低粘度雙酚F型(SMF-170)、固化劑如:但不僅限于甲基納迪克酸酐(ΜΝΑ)、固化促進(jìn)劑采如:但不僅限于具有熱潛伏性的乙酰丙酮鋁。具體方案如:但不僅限于按重量計(jì)，包括S12包覆石墨粉體90份?100份、雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂100份、甲基納迪克酸酐90份和乙酰丙酮鋁0.5份。
[0020]本發(fā)明提供的一種粉體，可按如下方法制取:
[0021]石墨粉體為基材，經(jīng)表面熱處理(如:500°C)，以去除其表面可能存在的油性介質(zhì)或低分子物質(zhì)，得到處理后的石墨粉體；
[0022]然后，將含羥基的兩親性聚合物溶液與處理后的石墨粉體混合，使含羥基的兩親性聚合物吸附于處理后的石墨粉體進(jìn)表面，得到聚合物-石墨粉體；
[0023]最后，按溶膠-凝膠法使正硅酸乙酯(TEOS)在聚合物-石墨粉體表面進(jìn)行水解反應(yīng)，得到表面包覆S12的改性石墨粉體。
[0024]本發(fā)明提供的另一種粉體，可按如下方法制取:
[0025]石墨粉體為基材，表面經(jīng)500°C高溫?zé)崽幚?小時(shí)，以去除其表面可能存在的油性介質(zhì)或低分子物質(zhì)，得到處理后的石墨粉體；
[0026]然后，于70°C?88°C，將PVA溶液與處理后的石墨粉體混合，使PVA吸附于處理后的石墨粉體進(jìn)表面，得到PVA-石墨粉體，PVA用量為處理后的石墨粉體的20wt%? 30wt%;
[0027]最后，按溶膠-凝膠法使TEOS在PVA-石墨粉體表面進(jìn)行水解反應(yīng)，得到表面包覆S12的改性石墨粉體，TEOS用量為PVA-石墨粉體的40wt%? 50wt%。
[0028]本發(fā)明技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的有益效果:
[0029]本發(fā)明提供的粉體，以石墨粉體為基材，便于獲得，價(jià)格低廉，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?br>[0030]本發(fā)明提供的粉體，先于石墨粉體表面包覆含羥基的兩親性聚合物，使得Si對(duì)石墨粉體的包覆層完整，電絕緣性?xún)?yōu)良，與環(huán)氧樹(shù)脂混合簡(jiǎn)便。
[0031]本發(fā)明提供的粉體，以其作為填料制得的環(huán)氧樹(shù)脂組合物，密度低、工藝性及穩(wěn)定性良好，固化產(chǎn)物具有絕緣性，導(dǎo)熱率高，可廣泛用于各類(lèi)電氣絕緣材料和電子封