[发明专利]一种微波通信用高导热系数低介电损耗聚合物基纳米复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种微波通信用高导热系数低介电损耗聚合物基纳米复合材料的制备方法，基于不相容聚合物体系中功能纳米填料的分布调控，获得微波通信下具有优良导热性能和较低介电损耗的聚合物基纳米复合材料，属复合材料制备的领域。本发明通过母料熔融混合工艺制备了具有“双连通”结构复合材料，利用功能填料由热力学非平衡态向平衡状态迁移的驱动力，从动力学角度出发，通过加工工艺的调整控制其中导电纳米填料和导热绝缘纳米陶瓷填料的分布，发挥不相容体系的结构优势和两种填料的协同作用，制备出同时兼顾较高导热系数和低介电损耗的纳米复合材料，面向现代电子设备的封装及基板材料等需求提供了一种具有较高应用意义的材料制备方法。

技术领域

本发明涉及一种微波通信用高导热系数低介电损耗的聚合物基纳米复合材 料的制备方法，属于复合材料领域。

背景技术

近几年来，伴随着科学技术的飞速发展和5G及更高频通信时代的到来，电 子电气领域的产品性能也有更高的要求。由于组装技术和集成技术的更新，电子 设备被要求集成密度更大和信号传输速度更快，而器件散热成为一个重要问题， 它会对器件的性能和使用寿命造成很大影响，因此提高用于制造器件的衬底和封 装材料的导热系数在当下尤为重要。

目前，导热系数极高的金属材料在导热散热方面的应用占据多数，但其价格 昂贵，耐腐蚀能力较差，且加工成型较困难；导热性能十分优良的陶瓷材料脆性 大不易加工，力学性能差，特别是应用于快速更新换代电子产品的小型零部件时 无法满足高精密成型技术的要求，这些缺点很大程度上的限制其应用和发展。导 热填料来提高聚合物基复合材料的导热率在最近几年得到了广泛的研究，因其具 有高电绝缘性、良好的可加工性和优异的机械性能，如果能充分提高其导热系数 则可以在电子器件衬底、封装材料上有很好的应用。这种复合材料的传热机理可 以用声子散射来解释，如果导热颗粒的网络可以在复合材料中形成，声子散射可 以大大减少，使复合材料的导热系数显著增加。形成导热网络的常规方法是使用 高体积分数的填料，然而高于50vol％的填料含量会导致加工性能下降和机械性 能显著下降，添加导热性能极其优异的碳材料如碳纳米管、石墨烯等可有效降低 填料含量，但同时使复合材料中形成导电网络，产生较高的介电损耗，造成信号 延迟，增大信号衰减。专利CN201710201149.X提供了一种使用溶液混合的石墨 烯纳米片和聚苯乙烯复合而成的高导热系数复合材料，但是使用溶液混合的方法 低效高成本，且对环境污染大，且无法解决介电损耗较大的问题。因此研发较低 填料添加量以保持低介电损耗、但同时可实现较高导热的聚合物基纳米复合材料 是有必要的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种工艺简单、易于控制、且 有望工业化生成的一种微波通信的高导热系数低介电损耗的聚合物基纳米复合 材料的制备方法。该方法从纳米填料动力学调控的角度出发，通过加工工艺的探 索，实现基于不相容聚合物体系高导热系数低介电损耗的聚合物基纳米复合材料， 面向微波通信的电子器件的基板及封装材料等。

本发明具体采用的技术方案如下：

一种基于不相容聚合物体系高导热系数低介电损耗的纳米复合材料及其制 备方法，步骤如下：

S1：充分烘干后的不相容聚合物体系A/B中的热塑性树脂A与导电纳米填 料熔融混合，熔融混合的工艺参数为转速40～80转/分，温度180～210℃，熔融 混合10～20分钟，得到母料Ⅰ；

S2：充分烘干后的不相容聚合物体系A/B中的热塑性树脂B与绝缘纳米陶 瓷填料熔融混合，熔融混合的工艺参数为转速40～80转/分，温度180～210℃， 熔融混合10～20分钟，得到母料Ⅱ；

S3：将S1及S2中获得的母料Ⅰ和母料Ⅱ熔融混合，熔融混合的工艺参数 为转速40～80转/分，温度180～210℃，熔融混合2～5分钟，得到高导热系数低 介电损耗纳米复合材料。

作为优选，步骤S1，S2所述的热塑性树脂体系包括典型不相容聚合物体系 PMMA/PS体系，PE/EVA体系，PVDF/PS体系或PVDF/PA6体系中的一种。