[发明专利]一种环氧树脂／氮化硼纳米片复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于复合材料技术领域，公开了一种环氧树脂/氮化硼纳米片复合材料及其制备方法，该复合材料包括环氧树脂基体、以及分散于该环氧树脂基体中的修饰有阻燃剂的氮化硼纳米片；其中，修饰有阻燃剂的氮化硼纳米片其表面的阻燃剂是通过物理作用吸附在氮化硼纳米片表面的，阻燃剂为具有苯环的含磷有机化合物。本发明将阻燃剂通过物理作用修饰到氮化硼纳米片的表面，提高了氮化硼与环氧树脂基体的界面相容性，提高了氮化硼的分散性，提高了复合材料的导热性；同时，氮化硼纳米片的物理屏障效应和阻燃剂的催化碳化作用，使复合材料具有优异的阻燃性。本发明能够有效解决氮化硼在环氧树脂基体中分散性差、环氧树脂导热性和阻燃性差的技术问题。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，更具体地，涉及一种环氧树脂/氮化硼纳米片复合材料及其制备方法。

背景技术

随着5G时代的到来，计算机等电子设备的运算速度越来越高，电子元器件向高度集成化和微型化发展，导致电子设备的热功率密度急剧升高，热失效和火灾隐患急剧增加。所以，兼具高导热和高阻燃性能的热界面材料是延长电子设备使用寿命、确保电子设备稳定和可靠运行的关键。环氧树脂因其具有质轻价廉、加工性好、电绝缘、耐腐蚀等优点，是目前电子封装领域的首选封装材料。然而，环氧树脂的本征热导率较低，此外，相比于陶瓷封装材料，环氧树脂具有易燃性，影响电子设备安全运行的同时也对人民生命财产安全造成很大威胁。

目前，将一些二维无机材料(如氮化硼、石墨烯)作为高性能添加剂填充到环氧树脂基体中，通过二维无机材料构成的导热通路促进声子转移以及形成的物理屏障阻隔燃烧时氧气和热交换是实现环氧树脂导热性能和阻燃性能同时提高的常用策略之一。虽然二维材料具有的屏障效应可以一定程度上提高环氧树脂的阻燃性，但是效果往往不尽人意。因此，在现有技术中，为了提高环氧树脂的导热和阻燃性，通常需要同时加入具有高导热系数的填料和具有阻燃功能的添加剂，为了解决导热填料和阻燃添加剂与环氧树脂基体间的界面相互作用差的问题，往往还需要对导热填料和阻燃添加剂分别进行化学或物理修饰，造成步骤复杂、耗时长的问题，不利于实际应用。

具有类石墨烯二维结构的六方氮化硼(h-BN)凭借长径比高，介电常数低(～34.8)，导热系数高(～800Wm^-1K^-1)，热稳定性好，热膨胀系数低(2×10^-6k^-1)等优势被广泛研究并关注。然而，h-BN与环氧树脂基体的界面相容性较差，这将引起填料-基体界面处较大热阻的产生，限制了复合材料的热导率的提高。并且，要使复合材料达到所需的导热系数，常常需要提高h-BN的添加量，这容易造成h-BN团聚，严重损害复合材料的力学性能，同时也限制了二维片状结构的屏障效应对复合材料阻燃性能的提升效果。

因此，若能研发出一种利用便捷的制备方法就能够得到兼具导热性和阻燃性的环氧树脂基材料，将能够有效解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种环氧树脂/氮化硼纳米片复合材料及其制备方法，利用机械处理(如一步球磨法)，使阻燃剂通过物理作用修饰到氮化硼纳米片的表面，将这一修饰有阻燃剂的氮化硼纳米片作为填料加入环氧树脂中，由于表面修饰的阻燃剂赋予了氮化硼纳米片与环氧树脂间较强的界面相互作用，提高了氮化硼与环氧树脂基体的界面相容性，促进了氮化硼纳米片的均匀分布，降低了界面热阻，实现了导热通路的构建，提高了复合材料的导热性；同时，氮化硼纳米片的物理屏障效应和阻燃剂的催化碳化作用，使复合材料具有优异的阻燃性。本发明能够有效解决氮化硼在环氧树脂基体中分散性差、环氧树脂导热性和阻燃性差的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种环氧树脂/氮化硼纳米片复合材料，其特征在于，包括环氧树脂基体、以及分散于该环氧树脂基体中的修饰有阻燃剂的氮化硼纳米片；其中，所述环氧树脂基体与所述修饰有阻燃剂的氮化硼纳米片两者的质量比为60:40～95:5；所述修饰有阻燃剂的氮化硼纳米片其表面的阻燃剂是通过物理作用吸附在氮化硼纳米片表面的，并且，所述阻燃剂为具有苯环的含磷有机化合物。