[发明专利]一种改性氰酸酯树脂导热复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导热复合材料，特别是一种改性氰酸酯树脂导热复合材料。

背景技术

氰酸酯是一种高性能热固性树脂，其固化物具有较高的耐热性，玻璃化转变温度(T_g)一般在230℃以上，且热分解远高于环氧树脂，一般处于400～410℃之间，在高温下使用不出现湿气或热降解，具有极小的吸湿性和良好的尺寸稳定性，其还具有优异的介电性能，在宽频和较大温度范围内具有较低的介电常数和介电损耗(0.001～0.008)，由于其具有诸多优异性能，氰酸酯树脂已广泛应用于航空、航天及电子信息等领域。

近年来，氰酸酯树脂已被视为电子封装领域最具应用前景的新一代树脂基体。然而，氰酸酯树脂材料的导热系数较低，仅为0.26W/m.K，难以满足现代电子产品的要求，也严重制约了氰酸酯树脂在电子封装等领域进一步广泛应用。因此，改善氰酸酯树脂材料的导热性能已成为技术关键。

目前，通过添加导热无机填料提高聚合物导热系数是制备高导热聚合物复合材料的重要手段之一。但采用传统的导热填料(如：氮化铝、氧化铝、氮化硼等)制备聚合物导热复合材料时，通常需要添加较多的填料才能获得比较理想的导热性能，而大量无机填料的加入又会使得聚合物复合材料的加工性、力学性能的降低，从而限制了导热复合材料的应用。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中氰酸酯树脂材料导热性能较差的问题，提供一种导热性能优良的改性氰酸酯树脂导热复合材料及其制备方法。

本发明的改性氰酸酯树脂导热复合材料是用石墨烯纳米片和碳纳米管作为导热填料，发明人在研究中发现，将具有二维结构的石墨烯纳米片和一维结构的碳纳米管共同用于改性氰酸酯树脂的导热性能，有利于在树脂基体中形成更有效的导热网络，从而降低导热填料的填充量，避免或减少因填料的大量添加而导致复合材料性能缺陷的产生。

技术方案：

一种改性氰酸酯树脂导热复合材料，其基体树脂为氰酸酯树脂，以氰酸酯树脂的质量为100％计，所述改性氰酸酯树脂导热复合材料包括0.5～10％的无机填料，2.5～7.5％的改性剂，所述无机填料为烷基胺改性的石墨烯纳米片和硅烷偶联剂改性的碳纳米管，烷基胺改性的石墨烯纳米片与硅烷偶联剂改性的碳纳米管的质量比为1:4～9:1，所述改性剂为2,2ˊ-二烯丙基双酚A。

本发明中，烷基胺改性的石墨烯纳米片和硅烷偶联剂改性的碳纳米管的制备采用的都是本领域的常规方法。

作为优选，烷基胺改性的石墨烯纳米片与硅烷偶联剂改性的碳纳米管的质量比为1:2～5:1。

作为优选，烷基胺为十二烷基胺或十八烷基胺中的一种，硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种。

本发明的改性氰酸酯树脂导热复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)烷基胺改性的石墨烯纳米片的制备：将氧化石墨分散于蒸馏水中，超声处理后制得氧化石墨烯溶液，然后加入烷基胺的乙醇溶液进行反应，反应结束后，往混合溶液中加入水合肼进行加热回流，将所得产物用乙醇水溶液洗涤3～5次，然后进行干燥，即得烷基胺改性的石墨烯纳米片。

(2)硅烷偶联剂改性的碳纳米管的制备：将碳纳米管加入到体积比为1:3的浓硝酸/浓硫酸混和酸中进行反应,所得产物用蒸馏水洗涤至中性,过滤分离后取滤渣在80～100℃下真空干燥10～24h，得氧化碳纳米管，将氧化碳纳米管溶于硅烷偶联剂的乙醇溶液中，进行改性反应，将所得产物洗涤、抽滤、干燥，即得硅烷偶联剂改性的碳纳米管。

(3)将烷基胺改性的石墨烯纳米片分散于有机溶剂中，分散均匀后往其中加入硅烷偶联剂改性的碳纳米管，搅拌均匀后依次加入氰酸酯树脂和2,2ˊ-二烯丙基双酚A，搅拌均匀，得混合溶液。

(4)将步骤(3)的混合溶液升温至120～140℃，保持60～140min，并在这个过程中采用真空减压蒸馏除去有机溶剂，得到混合树脂。

(5)将步骤(4)得到的混合树脂置于真空烘箱中，于130～140℃下排除气泡，然后转移至鼓风干燥箱中进行固化处理，得到改性氰酸酯树脂导热复合材料。

作为优选，步骤(1)中，氧化石墨烯溶液的浓度为5～15g/L，烷基胺的乙醇溶液的浓度为20～45g/L，氧化石墨烯溶液与烷基胺的乙醇溶液的质量比为(1:2.25)～(3:1)，有利于反应的进行。

作为优选，步骤(1)中，水合肼的体积为氧化石墨烯溶液体积的(1:5)～(1:20)。