[发明专利]一种高导热聚多巴胺修饰氮化硼/聚酰亚胺复合材料及其制备方法

说明书

本说明书公开了一种高导热聚多巴胺修饰氮化硼/聚酰亚胺（BN@PDA/PI）复合材料及其制备方法，属于高性能导热复合材料制备领域，包含聚酰亚胺（PI，68.9~91.3 wt%）和聚多巴胺改性氮化硼（BN@PDA，8.7~31.1 wt%）两种组分，所述改性填料BN@PDA中PDA的含量为1.46 wt%；首先用PDA对BN进行包覆，获得改性填料BN@PDA，再将其与PI溶液共混，可通过引入氢键改善其与PI的界面、抑制团聚并降低界面热阻，之后通过真空辅助抽滤，制备出BN@PDA在PI基体面内高度取向的坯料，然后在适当温度、压力下热压成复合材料，可减少复合材料的缺陷，并进一步提高BN@PDA在PI基体中的面内取向度，最终赋予复合材料优异的面内导热性能。

技术领域

本发明涉及一种通过“填料表面修饰、真空辅助抽滤、热压成型”的工艺制备具有低界面热阻、填料面内高度取向的聚多巴胺修饰氮化硼/聚酰亚胺（BN@PDA/PI）复合材料及其制备方法，从而赋予BN@PDA/PI复合材料高的导热性能。本专利属于高性能导热复合材料制备领域。

背景技术

随着现代电子设备向微型化、集成化、多功能化方向发展，若在运行过程中产生的热量难以及时排出，将导致设备局部温度过高，进而严重影响设备的可靠性与使用寿命。聚酰亚胺（PI）因具有耐老化、耐高低温性能、力学性能高等优点，广泛应用于航空航天、电子器件等领域。但因PI本征的热导率较低（0.4 W/(m·K)），导致其作为导热材料在电子器件领域的应用受限。

为提高聚合物的热导率，通常采用在聚合物基体中引入高导热无机填料的方法。但无机填料会引入不利于导热性能的因素。一方面，无机填料在聚合物中不易分散均匀；另一方面因无机填料与聚合物相容性较差，会引入大量界面。据文献报道，通过对填料进行表面修饰，比如：引入氢键、反应官能团、填料桥接等方式，可克服上述问题。作为高导热填料代表之一的氮化硼（BN），其表面较为惰性，采用一般的硅烷偶联剂处理BN的方式，复合材料的导热性能提升效果十分有限。

多巴胺可在固体表面聚合形成聚多巴胺（PDA），具有万能粘附能力，并且引入大量氨基、羟基，可与聚合物形成氢键，从而可大幅改善填料与聚合物界面相容性较差的问题，降低界面热阻。中国专利CN105647015A公开了“一种具有高热导率的聚丙烯复合材料及其制备方法”。该专利采用熔融共混、注塑成型的方法，制备了多巴胺改性氮化硼/聚丙烯复合材料，含有25 wt%和50 wt%质量分数填料的热导率分别达到了4.94 W/(m·K)和7.92 W/(m·K)。但聚丙烯作为一种通用塑料，在很多对热性能、机械性能等有较高要求的场合无法应用。

本专利通过PDA包覆BN，再将其与PI、溶剂（DMAc）共混，后经真空辅助抽滤与热压相结合的加工工艺，制备出机械性能优良，具有很强实用性的高导热聚多巴胺修饰氮化硼/聚酰亚胺（BN@PDA/PI）复合材料。在填料质量份数为31.1份时，BN@PDA/PI复合材料的热导率可高达3.01 W/(m·K)。通过调研相关文献与专利，未见跟本专利相同或者类似的高导热BN@PDA/PI复合材料及其制备方法的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高热导率和优异机械性能的PI基复合材料，具体技术方案如下：

一种高导热聚多巴胺修饰氮化硼/聚酰亚胺（BN@PDA/PI）复合材料，包含聚酰亚胺（PI，68.9~91.3 wt%）和聚多巴胺改性氮化硼（BN@PDA，8.7~31.1 wt%）两种组分，所述改性填料BN@PDA中PDA的含量为1.46 wt %，通过PDA包覆BN，再将其与PI、溶剂（DMAc）共混，后经真空辅助抽滤与热压制得BN@PDA/PI复合材料。

具体的制备方法包括如下步骤：