專利名稱：一種高導(dǎo)熱系數(shù)聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子導(dǎo)熱材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于電子、機(jī)械等行業(yè)的高導(dǎo)熱系數(shù)聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，在導(dǎo)熱、散熱工業(yè)中傳統(tǒng)的是使用金屬材料作為導(dǎo)熱材料，然而金屬導(dǎo)熱制品通常非常笨重且機(jī)械加工成本高、易于腐蝕，因此導(dǎo)熱的聚合物復(fù)合材料因其良好的加工性能以及較低的密度、較好的化學(xué)穩(wěn)定性等受到了很大的關(guān)注。聚酰亞胺因具有耐熱性好、化學(xué)穩(wěn)定性佳、機(jī)械性能好等突出的綜合性能已廣泛應(yīng)用于各種電機(jī)、特種電器、耐高溫基材等領(lǐng)域。但是普通的聚酰亞胺因?qū)嵝圆?(0. lSffm-1^1)使得其在應(yīng)用過程中出現(xiàn)發(fā)熱不易耗散、部件升溫現(xiàn)象，影響器件的使用壽命和穩(wěn)定性，從而影響了產(chǎn)品的使用性能。因此，高導(dǎo)熱的聚酰亞胺材料可以得到廣泛的需求以及應(yīng)用。現(xiàn)有技術(shù)(CN200710132525.0)制備高導(dǎo)熱系數(shù)聚酰亞胺復(fù)合材料在導(dǎo)熱填料的添加量為 3wt% 時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)僅可達(dá)到0. effm^k^-O. SWnT1Ir1，提高效果不明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種高導(dǎo)熱系數(shù)聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明是利用電場控制導(dǎo)熱填料取向提高導(dǎo)熱系數(shù)，包括以下步驟(1)按照導(dǎo)熱填料取向的排列要求制備電極；(2)將導(dǎo)熱填料分散于溶劑中，通過超聲使其分散均勻；(3)將單體二胺溶于均勻分散有導(dǎo)熱填料的溶劑中，加入與單體二胺等摩爾比的單體二酐，攪拌使其分散均勻，反應(yīng)4-M小時(shí)，制得聚酰胺酸復(fù)合材料溶液；(4)將制得的聚酰胺酸復(fù)合材料溶液置于步驟(1)中制備的電極之間，電極通電使導(dǎo)熱填料在電場中取向；在導(dǎo)熱填料取向過程中對聚酰胺酸復(fù)合材料溶液加熱進(jìn)行脫溶劑處理，制得導(dǎo)熱填料取向的聚酰胺酸復(fù)合材料； (5)導(dǎo)熱填料取向的聚酰胺酸復(fù)合材料進(jìn)行酰亞胺化，得到導(dǎo)熱填料取向的聚酰亞胺復(fù)合材料。所述的導(dǎo)熱填料為納米石墨片、碳納米管或納米金屬線的一種或幾種，導(dǎo)熱填料的添加量為Iwt % -IOwt %，優(yōu)選3wt% -8wt%。聚酰胺酸的單體為二胺和二酐，其中單體二胺為4，4’ 二氨基二苯醚、二氨基二苯甲烷或?qū)Ρ蕉分械囊环N；單體二酐為均苯四甲酸二酐、3，3’ -4，4’聯(lián)苯四甲酸二酐或二苯甲酮四羧酸二酐中的一種。填料取向的電極的形狀結(jié)構(gòu)為平行板形或平行棒形。電場為交流電場或直流電場，電場強(qiáng)度為 100v/cm-20000v/cm，優(yōu)選 5000v/cm-10000v/cm。
所述溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮的一種或幾種。所述脫溶劑處理的脫溶劑溫度為40-200°C之間，優(yōu)選60-100°C ；脫溶劑時(shí)間為 3-24小時(shí)，優(yōu)選4-10小時(shí)。酰亞胺化溫度為300-480°C，酰亞胺化時(shí)間2H本發(fā)明的基本原理是在聚酰胺酸溶液中加入可導(dǎo)電的導(dǎo)熱填料，通過電場的作用使導(dǎo)熱填料在聚合物中規(guī)整排列，從而在較低填充量下大大提高了聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱性，導(dǎo)熱填料的添加量為3wt%-8wt%時(shí)復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)即可達(dá)0. SWnr1Ir1-UWnr1Ir1,在導(dǎo)熱填料的添加量僅為Iwt%時(shí)復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)也可達(dá)0. SWrn-ik—1。同時(shí)由于填加的填料為導(dǎo)電型導(dǎo)熱填料，因此制備的聚酰亞胺導(dǎo)熱復(fù)合材料在抗靜電材料甚至導(dǎo)電材料領(lǐng)域也有較大的應(yīng)用前景。


圖1為導(dǎo)熱填料垂直取向裝置示意圖。圖2為導(dǎo)熱填料平行取向裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例中所用藥品試劑a)單體4，4，二氨基二苯醚=SIGMA-Aldrich中國有限公司；二氨基二苯甲烷國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；對苯二胺國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；均苯四甲酸二酐國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；3，3’ -4,4'聯(lián)苯四甲酸二酐=SIGMA-Aldrich中國有限公司；二苯甲酮四羧酸二酐=SIGMA-Aldrich中國有限公司。b)溶劑N，N-二甲基乙酰胺國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；N-甲基吡咯烷酮國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；N，N-二甲基甲酰胺(DMF)國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。c)導(dǎo)熱填料納米石墨片制備方法將商品化可膨脹石墨置于300°C烘箱中，恒溫 aiiin制得納米石墨片；可膨脹石墨宜昌新成石墨有限責(zé)任公司；碳納米管中國科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司；納米銀線江蘇納為新材料科技有限公司。測試方法導(dǎo)熱系數(shù)測試=DRL-III導(dǎo)熱系數(shù)測試儀，湘潭市儀器儀表有限公司。實(shí)施例1 0.036g納米石墨片分散于30ml的N，N-二甲基甲酰胺中，超聲分散2h后，將 1.7248的4，4’ 二氨基二苯醚加入其中，攪拌使其完全溶解，緩慢加入1.88g均苯四甲酸二酐，反應(yīng)20h得聚酰胺酸復(fù)合材料溶液，將聚酰胺酸復(fù)合材料溶液滴于放置在電極之間的玻璃板上，電極通電，調(diào)節(jié)電場強(qiáng)度為5000V/Cm，60°C下對聚酰胺酸復(fù)合材料溶液加熱進(jìn)行脫溶劑處理4h，得到聚酰胺酸復(fù)合材料，將其置于真空烘箱中350°C保持4小時(shí)進(jìn)行酰亞胺化，得到聚酰亞胺復(fù)合材料，導(dǎo)熱填料的添加量為Iwt %，測得其導(dǎo)熱系數(shù)為0. SWnr1IT1。實(shí)施例2 0. 18g納米石墨片分散于30ml的N，N_二甲基甲酰胺中，超聲分散2h后，將1.724g 的4，4’二氨基二苯醚加入其中，攪拌使其完全溶解，緩慢加入1.88g均苯四甲酸二酐，反應(yīng) 24h得聚酰胺酸復(fù)合材料溶液，將聚酰胺酸復(fù)合材料溶液滴于放置在電極之間的玻璃板上，電極通電，調(diào)節(jié)電場強(qiáng)度為lOOOOV/cm，80 V下對聚酰胺酸復(fù)合材料溶液加熱進(jìn)行脫溶劑處理4h，得到聚酰胺酸復(fù)合材料，將其置于真空烘箱中450°C保持4小時(shí)進(jìn)行酰亞胺化，得到聚酰亞胺復(fù)合材料，導(dǎo)熱填料的添加量為5wt%，測得其導(dǎo)熱系數(shù)為0. SWnTl·1。實(shí)施例3 0.252g納米石墨片分散于30ml的N，N-二甲基甲酰胺中，超聲分散2h后，將 1.7248的4，4’ 二氨基二苯醚加入其中，攪拌使其完全溶解，緩慢加入1.88g均苯四甲酸二酐，反應(yīng)他得聚酰胺酸復(fù)合材料溶液，將聚酰胺酸復(fù)合材料溶液滴于放置在電極之間的玻璃板上，電極通電，調(diào)節(jié)電場強(qiáng)度為lOOOOV/cm，100°C下對聚酰胺酸復(fù)合材料溶液加熱進(jìn)行脫溶劑處理4h，得到聚酰胺酸復(fù)合材料，將其置于真空烘箱中350°C保持4小時(shí)進(jìn)行酰亞胺化，得到聚酰亞胺復(fù)合材料，導(dǎo)熱填料的添加量為6. 5wt%，測得其導(dǎo)熱系數(shù)為1. OlWnr1IT1tj實(shí)施例4 0. 36g碳納米管分散于30ml的N-甲基吡咯烷酮中，超聲分散池后，將1. 38g的 4,4' 二氨基二苯醚加入其中，攪拌使其完全溶解，緩慢加入2. 223g 二苯甲酮四羧酸二酐， 反應(yīng)20h得聚酰胺酸復(fù)合材料溶液，將聚酰胺酸復(fù)合材料溶液滴于放置在電極之間的玻璃板上，電極通電，調(diào)節(jié)電場強(qiáng)度為5000V/cm，12(TC下對聚酰胺酸復(fù)合材料溶液加熱進(jìn)行脫溶劑處理Mh，得到聚酰胺酸復(fù)合材料，將其置于真空烘箱中350°C保持8小時(shí)進(jìn)行酰亞胺化，得到聚酰亞胺復(fù)合材料，導(dǎo)熱填料的添加量為9wt%，測得其導(dǎo)熱系數(shù)為0. 921!!!- -1.,實(shí)施例5 0. 18g納米石墨片和0. 18g碳納米管分散于30ml的N，N-二甲基甲酰胺中，超聲分散池后，將1.7248的4，4’ 二氨基二苯醚加入其中，攪拌使其完全溶解，緩慢加入1.88g 均苯四甲酸二酐，反應(yīng)24h得聚酰胺酸復(fù)合材料溶液，將聚酰胺酸復(fù)合材料溶液滴于放置在電極之間的玻璃板上，電極通電，調(diào)節(jié)電場強(qiáng)度為lOOOOV/cm，60°C下對聚酰胺酸復(fù)合材料溶液加熱進(jìn)行脫溶劑處理12h，得到聚酰胺酸復(fù)合材料，將其置于真空烘箱中350°C保持 4小時(shí)進(jìn)行酰亞胺化，得到聚酰亞胺復(fù)合材料，導(dǎo)熱填料的添加量為9. 5wt%，測得其導(dǎo)熱系數(shù)為 1. 251111- -1。實(shí)施例6 0. 36g納米石墨片分散于30ml的N，N- 二甲基甲酰胺和N，N- 二甲基乙酰胺的混合溶劑中，超聲分散池后，將1. 724g的4，4’ 二氨基二苯醚加入其中，攪拌使其完全溶解， 緩慢加入2. 54g均苯四甲酸二酐，反應(yīng)20h得聚酰胺酸復(fù)合材料溶液，將聚酰胺酸復(fù)合材料溶液滴于放置在電極之間的玻璃板上，電極通電，調(diào)節(jié)電場強(qiáng)度為lOOOOV/cm，60°C下對聚酰胺酸復(fù)合材料溶液加熱進(jìn)行脫溶劑處理4h，得到聚酰胺酸復(fù)合材料，將其置于真空烘箱中350°C保持4小時(shí)進(jìn)行酰亞胺化，得到聚酰亞胺復(fù)合材料，導(dǎo)熱填料的添加量為8wt %，測得其導(dǎo)熱系數(shù)為1. lWrn—ik—1。實(shí)施例7 0. 21g納米銀線分散于30ml的N，N-二甲基甲酰胺中，超聲分散濁后，將1. 707g 的4，4’ - 二氨基二苯甲烷加入其中，攪拌使其完全溶解，緩慢加入2. Mg的3，3’ -4,4'聯(lián)苯四甲酸二酐，反應(yīng)20h得聚酰胺酸復(fù)合材料溶液，將聚酰胺酸復(fù)合材料溶液滴于放置在電極之間的玻璃板上，電極通電，調(diào)節(jié)電場強(qiáng)度為lOOOOV/cm，60°C下對聚酰胺酸復(fù)合材料溶液加熱進(jìn)行脫溶劑處理4h，得到聚酰胺酸復(fù)合材料，將其置于真空烘箱中350°C保持4小時(shí)進(jìn)行酰亞胺化，得到聚酰亞胺復(fù)合材料，導(dǎo)熱填料的添加量為5wt %，測得其導(dǎo)熱系數(shù)為 1. 0 IWnT1 k-1。實(shí)施例8 0.21g納米石墨片分散于30ml的N，N-二甲基乙酰胺中，超聲分散2h后，將0. 75g 對苯二胺加入其中，攪拌使其完全溶解，緩慢加入1. 88g均苯四甲酸二酐，反應(yīng)24h得聚酰胺酸復(fù)合材料溶液，將聚酰胺酸復(fù)合材料溶液滴于放置在電極之間的玻璃板上，電極通電， 調(diào)節(jié)電場強(qiáng)度為10000V/cm，10(TC下對聚酰胺酸復(fù)合材料溶液加熱進(jìn)行脫溶劑處理18h， 得到聚酰胺酸復(fù)合材料，將其置于真空烘箱中350°C保持8小時(shí)進(jìn)行酰亞胺化，得到聚酰亞胺復(fù)合材料，導(dǎo)熱填料的添加量為7wt%，測得其導(dǎo)熱系數(shù)為1. ZlWnTl·1。對比例1 0. 18g納米石墨片分散于30ml的N，N-二甲基甲酰胺中，超聲分散2h，將1. 724g 的4，4’ 二氨基二苯醚加入其中，攪拌使其完全溶解，緩慢加入1. 88g均苯四甲酸二酐，反應(yīng)20h得聚酰胺酸復(fù)合材料溶液，將聚酰胺酸復(fù)合材料溶液滴于玻璃板上，60°C下對聚酰胺酸復(fù)合材料溶液加熱進(jìn)行脫溶劑處理4h，得到聚酰胺酸復(fù)合材料，將其置于真空烘箱中 350°C保持4小時(shí)進(jìn)行酰亞胺化，得到聚酰亞胺復(fù)合材料，導(dǎo)熱填料的添加量為5wt%，測得其導(dǎo)熱系數(shù)為o.siwnrl·1。對比例2:將1. 724g的4，4’ 二氨基二苯醚加入30ml的N，N- 二甲基甲酰胺中，攪拌使其完全溶解，緩慢加入1. 88g均苯四甲酸二酐，反應(yīng)20h得聚酰胺酸溶液，將聚酰胺酸溶液滴于玻璃板上，60°C下對聚酰胺酸溶液加熱進(jìn)行脫溶劑處理4h，再將其置于真空烘箱中350°C 保持4小時(shí)進(jìn)行酰亞胺化，得到聚酰亞胺材料，測得其導(dǎo)熱系數(shù)為0. lSWnT1!^。
權(quán)利要求
1.一種高導(dǎo)熱系數(shù)聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)按照導(dǎo)熱填料取向的排列要求制備電極；(2)將導(dǎo)熱填料分散于溶劑中，通過超聲使其分散均勻；(3)將單體二胺溶于均勻分散有導(dǎo)熱填料的溶劑中，然后加入與單體二胺等摩爾比的單體二酐，攪拌使其分散均勻，反應(yīng)4-M小時(shí)，制得聚酰胺酸復(fù)合材料溶液；(4)將制得的聚酰胺酸復(fù)合材料溶液置于步驟(1)中制備的電極之間，電極通電使導(dǎo)熱填料在電場中取向；在導(dǎo)熱填料取向過程中對聚酰胺酸復(fù)合材料溶液加熱進(jìn)行脫溶劑處理，制得導(dǎo)熱填料取向的聚酰胺酸復(fù)合材料；(5)導(dǎo)熱填料取向的聚酰胺酸復(fù)合材料進(jìn)行酰亞胺化，得到導(dǎo)熱填料取向的聚酰亞胺復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的高導(dǎo)熱系數(shù)聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于 所述的導(dǎo)熱填料為納米石墨片、碳納米管或納米金屬線的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的高導(dǎo)熱系數(shù)聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述導(dǎo)熱填料的添加量為Iwt% -IOwt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的高導(dǎo)熱系數(shù)聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述單體二胺為4，4’ 二氨基二苯醚、二氨基二苯甲烷或?qū)Ρ蕉分械囊环N；所述單體二酐為均苯四甲酸二酐、3，3’ -4,4'聯(lián)苯四甲酸二酐或二苯甲酮四羧酸二酐中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的高導(dǎo)熱系數(shù)聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述電極的形狀結(jié)構(gòu)為平行板形或平行棒形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的高導(dǎo)熱系數(shù)聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述電場為交流電場或直流電場，電場強(qiáng)度為100v/cm-20000v/cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的高導(dǎo)熱系數(shù)聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮的一種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的高導(dǎo)熱系數(shù)聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的脫溶劑處理的脫溶劑溫度為40-200°C ；脫溶劑時(shí)間為3-M小時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的高導(dǎo)熱系數(shù)聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述酰亞胺化溫度為300-480°C，酰亞胺化時(shí)間2-他。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高導(dǎo)熱系數(shù)聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法。其步驟包括按照導(dǎo)熱填料取向的排列要求制備電極，將單體二胺溶于均勻分散有導(dǎo)熱填料的溶劑中，然后加入與單體二胺等摩爾比的單體二酐，攪拌使其分散均勻，反應(yīng)4-24小時(shí)，制得聚酰胺酸復(fù)合材料溶液，將其置于電極之間，電極通電使導(dǎo)熱填料在電場中取向，在導(dǎo)熱填料取向過程中對聚酰胺酸復(fù)合材料溶液加熱進(jìn)行脫溶劑處理，制得導(dǎo)熱填料取向的聚酰胺酸復(fù)合材料后進(jìn)行酰亞胺化，得到導(dǎo)熱填料取向的聚酰亞胺復(fù)合材料。本發(fā)明通過電場的作用使導(dǎo)熱填料在聚合物中規(guī)整排列，制得低導(dǎo)熱填料填充量的高導(dǎo)熱系數(shù)聚合物復(fù)合材料。
文檔編號(hào)C08G73/10GK102453325SQ201010529340
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者吳剛, 楊揚(yáng), 趙超越, 陳橋 申請人:東麗纖維研究所(中國)有限公司