一种改性hBN填充氰酸酯树脂基复合材料的工艺方法

摘要

本发明公开了一种改性hBN填充氰酸酯树脂基导热复合材料的方法，属于导热高分子材料领域。hBN重量比为10‑50%，氰酸酯树脂重量比为50‑90%，该复合材料的工艺方法是，先用偶联剂对超声分散hBN颗粒进行表面改性，提高hBN颗粒与氰酸酯树脂基体间的润湿性；然后用将改性后的hBN填充到1.5‑3wt%E‑7环氧树脂增韧后的氰酸酯树脂基体中，经混料‑注射成型‑真空固化等工序得到改性hBN填充氰酸酯树脂基导热复合材料。该方法得到的高热导hBN/氰酸酯树脂复合材料不仅在印刷电路板等电子元器件领域，而且在具有高导热、高绝缘性能要求的散热材料领域，具有很好的发展前景。

说明书

技术领域

本发明属于导热材料研究领域，提供了一种改性hBN填充氰酸酯树脂基复合材料的方法。

背景技术

氰酸酯树脂具有优异的电绝缘性能（低的介电常数）、力学性能、极好的耐湿热性以及良好的成型工艺等特点。因此，作为一种综合性能优异的树脂基基体，氰酸酯树脂已经用于高速数字及高频印刷电路板、高性能覆铜板、高性能透波材料(如雷达罩)和航空复合材料树脂基体。作为树脂基体，氰酸酯树脂通常具有较低的热导率(约0.18W/m·k)，导热性能差。随着集成技术和微封装技术的发展，电子元器件、电子设备和逻辑电路向小型化和微型化方向发展，导致器件有限的体积内产生了更多的热量，需要高导热材料将所产生的热量迅速散失掉。

为了提高氰酸酯树脂基材料的热导率，普遍采用的方法是在树脂基体中引入高导热绝缘填料，制备填充型导热树脂复合材料从而获得高导热性能。在绝缘类导热填料中，六方氮化硼(hBN)具有优良的耐热性能、良好的耐腐蚀性能、较低的热膨胀系数、较高的导热率(30~330W/m·k)、化学性能稳定、介电常数低(1.6~3.5)和高体积电阻率高等优点，是最适合的导热绝缘填料。

近年来，hBN填充导热树脂成为导热高分子材料研究领域的一个研究重点。因此，发明一种高导热改性hBN填充氰酸酯树脂基复合材料，其具有重要的意义和广泛的应用领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备改性hBN填充氰酸酯树脂基复合材料的方法，满足印刷电路板等电子元器件领域对其高热导系数的需求，具有广泛的应用领域。

hBN表面改性可以提高有机物，特别是氰酸酯树脂基体对hBN表面的粘结性，同时可以提高hBN颗粒的润湿及分散性；可以降低氰酸酯树脂的粘度，改善成型工艺，进而提高hBN填充量。改性hBN填充氰酸酯树脂基复合材料采用注射成型工艺，工艺条件很容易实现，因此该方法的应用前景十分广泛。

本发明提供了一种改性hBN填充氰酸酯树脂基复合材料的方法，包括以下步骤：

（1）hBN表面改性：对于片状/球形hBN粉体颗粒，取一定量无水乙醇溶液加入烧杯中，搅拌加入hBN粉体，混合均匀后放入高能超声波处理器中超声处理2h。将配制好的偶联剂溶液加入到盛有hBN粉体的烧杯中，加入超声仪至一定温度，再用超声处理30min，用抽滤装置除去hBN粉体中多余的溶剂，在真空烘箱中干燥，获得表面处理后的hBN粉体颗粒；

（2）氰酸酯树脂增韧处理：氰酸酯树脂聚合后交联密度高、脆性大，用1.5wt%的E-7环氧树脂对氰酸酯树脂进行增韧处理，获得强度更大的氰酸酯树脂基体；

（3）混料：将表面改性后的hBN粉体颗粒，按照一定的比例（hBN重量比为10-50%，氰酸酯树脂重量分数为50-90%）进行配比，然后在专门的混料机中混30-60min；

（4）注射成型：将混好的物料注射到涂有脱模剂的模具中；

（5）真空固化：将盛有树脂的磨具放置到真空烘箱中，90～100℃下抽真空20min，按120℃／1h+150℃／1h+180℃／2h+200℃／x h，对物料进行加压处理，之后重新置于200℃烘箱中保温一定施加进行固化，自然冷却至室温，然后裁成所需尺寸；

（6）材料加工：将产品按照要求切割成所需尺寸。

本发明改性hBN填充氰酸酯树脂基复合材料较其他生产工艺方法，具有以下优点：（1）hBN表面改性：有效的改善了hBN颗粒与氰酸酯树脂间的润湿性，增加了两者的结合强度，降低了接触热阻，有效提高氰酸酯树脂导热性能；

（2）氰酸酯树脂增强改性：用E-7环氧树脂对氰酸酯树脂进行改性处理，增加了氰酸酯树脂的断裂强度，扩大了树脂的应用范围。在较高烧结温度和较高压力作用下，有利于提高材料的致密化，从而得到较高的热导率；

（3）真空固化工艺：注射成型工艺简单、易于实现；真空固化工艺时间短，加压处理提高了材料的致密度，进一步提高氰酸酯树脂的热导率，为规模生产该材料提高了便利条件。

上述制备方法具有操作方便、工艺简单等特点。所获得的改性hBN填充氰酸酯树脂基复合材料具有热导率高的优点。

所制材料的性能测试方法：密度通过排水法测定；使用FTIR-7600型傅立叶变换红外光谱仪，FEI Quanta 200F场发射环境扫描电子显微镜（SEM）对hBN填充树脂基复合材料断面形貌、微观组织和界面结合状态进行观察；使用德国耐驰公司生产的LFA447激光热导率/热扩散系数测定仪测量复合材料的热扩散系数。

本发明改性hBN填充氰酸酯树脂复合材料具有高热导率，可以印刷电路板和其他的电子器件，从而提高器件的使用寿命，减少频繁更换器件，所以，生产这种高热导改性hBN填充氰酸酯树脂基复合材料，具有重要的意义和广泛的应用领域。

附图说明

下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步详细的说明：

图1为表面改性前后片状hBN的红外光谱；

图2为hBN填充氰酸酯树脂基复合材料断口的微观形貌。

具体实施方式

实施例1：制备重量分数为20%未改性片状hBN填充氰酸酯树脂基复合材料

该实例中，将未进行表面处理的hBN20g填充到添加有E-7环氧树脂的氰酸酯树脂80g容器中，采用专门的搅拌装置搅拌30min，转速100rpm/min。将混合均匀的物料通过注射装置注射到涂有硅油脱模剂的模具中，圆柱型模具尺寸为φ25.4x35mm。将装有物料的模具放置到真空烘箱中，90～100℃下抽真空20min，按120℃／1h+150℃／1h+180℃／2h+200℃／4h进行固化，自然冷却至室温，根据检测的需要裁成所需尺寸。

对应生产复合材料进行密度、热导率的检测，通过相应的测试测得密度为0.92g/cm³；热导率为0.72W/(m·K)。

实施例2：制备20wt.%改性(1.5%偶联剂)片状hBN填充氰酸酯树脂基复合材料

该实例中，将用1.5wt%的WD-60型偶联剂处理的20g片状hBN加入到添加有E-7环氧树脂的氰酸酯树脂80g容器中，采用专门的搅拌装置搅拌30min，转速100rpm/min。将混合均匀的物料通过注射装置注射到涂有硅油脱模剂的模具中，圆柱型模具尺寸为φ25.4x35mm，方形模具尺寸10x10x5mm。将装有物料的模具放置到真空烘箱中，90～100℃下抽真空20min，按120℃／1h+150℃／1h+180℃／2h+200℃／2h之后，将装有树脂复合材料模具置于200℃恒温装置中，用专门的加压装置对于树脂复合材料施加1kgf的压力，使复合材料更致密。将加压后的模具重新置于200℃真空烘箱中，保温1h进行固化，自然冷却至室温，根据检测的需要裁成所需尺寸。

对应生产复合材料进行密度、热导率的检测，通过相应的测试测得密度为0.93g/cm³；热导率为0.91W/(m·K)。

实施例3：制备20wt.%改性(3.5%偶联剂)片状hBN填充氰酸酯树脂基复合材料

该实例中，将用3.5%的Z-6020型偶联剂处理的20g片状hBN加入到添加有E-7环氧树脂的氰酸酯树脂80g容器中，采用磁力搅拌装置搅拌10min，转速150rpm/min。将混合均匀的物料通过注射成型装置注射到涂有硅油脱模剂的模具中，圆柱型模具尺寸为φ25.4x35mm，方形模具尺寸10x10x8mm。将装有物料的模具放置到真空烘箱中，90～100℃下抽真空20min，按120℃／1h+150℃／1h+180℃／2h+200℃／1h；之后，将装有树脂复合材料模具置于200℃恒温装置中，用专门的加压装置对于树脂复合材料施加1kgf的压力，使复合材料更致密。将加压后的模具重新置于200℃真空烘箱中，保温30min进行固化，自然冷却至室温，根据检测的需要裁成所需尺寸。

对应生产复合材料进行密度、热导率的检测，通过相应的测试测得密度为0.93g/cm³；热导率为1.19W/(m·K)。