技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明涉及功能復(fù)合材料領(lǐng)域，具體為一種兼具高導(dǎo)熱和電磁屏蔽性能的層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。
背景技術(shù)
[0002] 導(dǎo)電
聚合物復(fù)合材料因其質(zhì)輕、良好的可加工成型性、性能可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，成為近年來(lái)智能高分子材料領(lǐng)域重要的研究發(fā)展方向。隨著5G通訊技術(shù)的發(fā)展，
電子產(chǎn)品對(duì)于電子材料的要求越來(lái)越傾向于輕薄化、多功能兼容和高可靠性以及
穩(wěn)定性。尤其是對(duì)電磁屏蔽性能以及導(dǎo)熱性能的綜合需求。因此，探索新型高效多功能的高導(dǎo)熱電磁屏蔽材料至關(guān)重要。
[0003] 目前研究表明，通過(guò)提高屏蔽材料的電導(dǎo)率是實(shí)現(xiàn)高屏蔽性能屏蔽材料的有效策略。例如：二維過(guò)渡金屬
碳化物(MXenes)已被研究者作為一種有前景的
石墨烯替代品，用于實(shí)現(xiàn)屏蔽材料卓越的
電磁干擾屏蔽效能。因?yàn)槠渚哂谐唠妼?dǎo)率(5.8×104S/m)，使得相應(yīng)的復(fù)合材料屏蔽效能在X波段可以超過(guò)70dB(F.Shahzad,et?al.,Science?353(2016)1137-1140.)。然而，目前的大多數(shù)電磁屏蔽復(fù)合材料并不具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能。因此，如何在電磁屏蔽材料體系內(nèi)部構(gòu)筑高
質(zhì)量穩(wěn)定的導(dǎo)電以及導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)是制備兼具電磁屏蔽以及導(dǎo)熱功能復(fù)合材料的關(guān)鍵。
發(fā)明內(nèi)容
[0004] 本發(fā)明旨在制備一種兼具高導(dǎo)熱和電磁屏蔽性能的層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。
[0005] 本發(fā)明一個(gè)方面提供了一種導(dǎo)熱的電磁屏蔽層狀復(fù)合材料，其包含導(dǎo)熱填料以及聚合物基體，所述導(dǎo)熱填料為包括片狀導(dǎo)熱填料和液態(tài)金屬的復(fù)合填料，導(dǎo)熱填料具有垂直取向結(jié)構(gòu)。
[0006] 本發(fā)明另一個(gè)方面提供了本發(fā)明的導(dǎo)熱的電磁屏蔽層狀復(fù)合材料的制備方法，其包括如下步驟：
[0007] 1)制備導(dǎo)熱填料，將液態(tài)金屬分散在
溶劑中，獲得液態(tài)金屬分散液；將片狀導(dǎo)熱填料加入到液態(tài)金屬分散液中，超聲分散后干燥獲得導(dǎo)熱填料；
[0008] 2)將導(dǎo)熱填料與制備聚合物基體的高分子聚合物及其對(duì)應(yīng)的
固化劑進(jìn)行混合，并制成厚度在0.5mm以下的
薄膜，將薄膜堆疊后
熱壓固化，獲得具有層狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料；
[0009] 3)沿著具有層狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料延展方向的垂直方向切割成片狀，獲得導(dǎo)熱的電磁屏蔽層狀復(fù)合材料。
[0010] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的聚合物基體由高分子聚合物及其對(duì)應(yīng)的固化劑制備而得，所述的高分子聚合物選自聚二甲基
硅氧烷，聚對(duì)苯二
甲酸乙二醇脂、聚
萘二甲酸乙二醇脂、聚甲基
丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚
氨酯、硅
橡膠、天然橡膠、熱塑性硅膠。
[0011] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，片狀導(dǎo)熱填料選自膨脹石墨、石墨片、
石墨烯、金屬箔。
[0012] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，膨脹石墨選自10目～1000目，優(yōu)選50-200目。
[0013] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的液態(tài)金屬優(yōu)選為鎵、鉍、銦、
錫和鋅中的一種或多種的
合金，優(yōu)選為錫鋅合金、鉍銦錫合金、鉍銦錫鋅合金、鎵銦錫鋅合金、鎵銦錫合金或鎵錫鋅合金。
[0014] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，液態(tài)金屬尺寸在1μm～100μm。
[0015] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的垂直取向結(jié)構(gòu)是通過(guò)將導(dǎo)熱填料與聚合物基體共混制成薄片，將多層薄片堆疊熱壓固化，最終通過(guò)垂直切割獲得具有垂直取向結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。
[0016] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，片狀導(dǎo)熱填料占導(dǎo)熱的電磁屏蔽層狀復(fù)合材料的1wt％～80wt％，優(yōu)選為20wt％～50wt％。
[0017] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，液態(tài)金屬占導(dǎo)熱的電磁屏蔽層狀復(fù)合材料的1wt％～90wt％，優(yōu)選為20wt％～40wt％。
[0018] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，步驟2)中薄膜厚度優(yōu)選為0.1mm-0.5mm，更優(yōu)選為0.1mm-0.3mm。
[0019] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，步驟2)中薄膜堆疊的層數(shù)多于10層。
[0020] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，電磁屏蔽層狀復(fù)合材料的厚度為0.5mm-5mm。
[0021] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述垂直取向是指相對(duì)于層狀復(fù)合材料的延展方向相垂直的，或者近似垂直的方向設(shè)置。示意圖可參見(jiàn)圖1。
[0022] 在本發(fā)明中，利用具有不同維度優(yōu)勢(shì)的導(dǎo)熱填料和液態(tài)金屬在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑過(guò)程中所表現(xiàn)出的協(xié)同效應(yīng)，液態(tài)金屬所提供的流動(dòng)特性有效避免了填料之間的界面熱阻，同時(shí)提供優(yōu)異的
導(dǎo)電性，而導(dǎo)熱填料為導(dǎo)電、導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的搭建以及穩(wěn)定性提供可靠保障，進(jìn)一步進(jìn)行填料的取向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)在柔性基體中穩(wěn)定多形態(tài)導(dǎo)電、導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)筑與結(jié)構(gòu)控制，克服傳統(tǒng)電磁屏蔽復(fù)合材料中高導(dǎo)電與高導(dǎo)熱性能不能兼容的
缺陷。同時(shí)，結(jié)合層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(參見(jiàn)圖1)，實(shí)現(xiàn)了垂直取向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料在高導(dǎo)熱和高屏蔽效能的統(tǒng)一。
[0023] 本發(fā)明通過(guò)選取不同形態(tài)的導(dǎo)電導(dǎo)熱功能填料，結(jié)合取向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)兼具高導(dǎo)熱和電磁屏蔽性能的復(fù)合材料的制備。首先，選取的液態(tài)金屬具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能以及導(dǎo)熱性能，但其穩(wěn)定性較差，通過(guò)超聲工藝，實(shí)現(xiàn)液態(tài)金屬的微滴化，進(jìn)而與膨脹石墨金屬超聲，攪拌復(fù)合，得到了穩(wěn)定的高性能復(fù)合填料。進(jìn)而與聚二甲基硅氧烷進(jìn)行共混，涂布，獲得復(fù)合薄片，經(jīng)多層復(fù)合薄片堆疊，模壓熱固化，獲得具有層狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。最終，通過(guò)垂直切割獲得具有垂直取向結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。
[0024] 本發(fā)明所述的復(fù)合材料，能夠獲得兼具高導(dǎo)熱和電磁屏蔽性能的復(fù)合材料，通過(guò)調(diào)節(jié)復(fù)合填料的比例，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，電磁屏蔽性能的調(diào)控。
附圖說(shuō)明
[0025] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明
實(shí)施例或
現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0026] 圖1為所制備膨脹石墨/液態(tài)金屬高導(dǎo)熱電磁屏蔽復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖2為所制備的膨脹石墨/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合填料的掃描電鏡圖。
片層為膨脹石墨片，球狀為液態(tài)金屬。
具體實(shí)施方式
[0028] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所得到的所有其它實(shí)施方式，都屬于本發(fā)明所保護(hù)的范圍。
[0029] 膨脹石墨/液態(tài)金屬高導(dǎo)熱電磁屏蔽復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0030] (1)膨脹石墨/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合填料的制備，包括：
[0031] 將液態(tài)金屬，加入到
乙醇中，通過(guò)超聲分散工藝，獲得液態(tài)金屬分散液滴；繼而，將膨脹石墨加入到液態(tài)金屬分散液中，繼續(xù)進(jìn)行超聲分散，磁
力攪拌，
真空抽濾，干燥獲得復(fù)合填料粉末。
[0032] (2)聚二甲基硅氧烷/膨脹石墨/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料的制備，包括：
[0033] 將獲得的
復(fù)合粉末與聚二甲基硅氧烷以及固化劑，進(jìn)行共混攪拌均勻，通過(guò)涂布機(jī)或輥壓機(jī)獲得復(fù)合薄膜，將上述薄膜切割為正方形片狀，進(jìn)行多層堆疊，放入模具中熱壓，固化獲得具有層狀結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷/膨脹石墨/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料。進(jìn)一步，將復(fù)合材料進(jìn)行垂直切割，獲得具有垂直取向結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。
[0034] 優(yōu)選的，膨脹石墨的尺寸為10目～1000目，膨脹石墨的含量為1wt％～70wt％，液態(tài)金屬的含量為1wt％～90wt％。
[0035] 具體的，所述基體選自聚二甲基硅氧烷、硅橡膠、天然橡膠，以及其他熱塑性聚合物。優(yōu)選的采用聚二甲基硅氧烷。
[0036] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
[0037] 實(shí)施例1膨脹石墨/液態(tài)金屬高導(dǎo)熱電磁屏蔽復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0038] (1)膨脹石墨/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合填料的制備，包括：
[0039] 稱取5g的液態(tài)金屬，加入到500mL乙醇中，通過(guò)超聲分散1h，獲得液態(tài)金屬分散液；將10g膨脹石墨加入到液態(tài)金屬分散液中，繼續(xù)進(jìn)行超聲分散30min，磁力攪拌1h，真空抽濾，干燥獲得復(fù)合填料粉末。
[0040] (2)聚二甲基硅氧烷/膨脹石墨/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料的制備，包括：
[0041] 將獲得的復(fù)合粉末與聚二甲基硅氧烷以及固化劑，按照質(zhì)量比7：2.7：0.3的比例進(jìn)行共混攪拌均勻，通過(guò)涂布機(jī)獲得厚度為0.2mm的薄膜，將上述薄膜切割為4cm×4cm正方形片狀，進(jìn)行多層堆疊(200層)，放入模具中熱壓，固化(5MPa，90℃，2h)獲得具有層狀結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷/膨脹石墨/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料。進(jìn)一步，將復(fù)合材料進(jìn)行垂直切割，獲得厚度為2mm，具有垂直取向結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。
[0042] 實(shí)施例2膨脹石墨/液態(tài)金屬高導(dǎo)熱電磁屏蔽復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0043] (1)膨脹石墨/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合填料的制備，包括：
[0044] 稱取5g的液態(tài)金屬，加入到500mL乙醇中，通過(guò)超聲分散1h，獲得液態(tài)金屬分散液；將5g膨脹石墨加入到液態(tài)金屬分散液中，繼續(xù)進(jìn)行超聲分散30min，磁力攪拌1h，真空抽濾，干燥獲得復(fù)合填料粉末。
[0045] (2)聚二甲基硅氧烷/膨脹石墨/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料的制備，包括：
[0046] 將獲得的復(fù)合粉末與聚二甲基硅氧烷以及固化劑，按照質(zhì)量比7：2.7：0.3的比例進(jìn)行共混攪拌均勻，通過(guò)涂布機(jī)獲得厚度為0.5mm的薄膜，將上述薄膜切割為4cm×4cm正方形片狀，進(jìn)行多層堆疊(40層)，放入模具中熱壓，固化(5MPa，90℃，3h)獲得具有層狀結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷/膨脹石墨/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料。進(jìn)一步，將復(fù)合材料進(jìn)行垂直切割，獲得厚度為2mm，具有垂直取向結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。
[0047] 實(shí)施例3膨脹石墨/液態(tài)金屬高導(dǎo)熱電磁屏蔽復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0048] (1)膨脹石墨/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合填料的制備，包括：
[0049] 稱取5g的液態(tài)金屬，加入到500mL乙醇中，通過(guò)超聲分散1h，獲得液態(tài)金屬分散液；將5g膨脹石墨加入到液態(tài)金屬分散液中，繼續(xù)進(jìn)行超聲分散30min，磁力攪拌1h，真空抽濾，干燥獲得復(fù)合填料粉末。
[0050] (2)聚二甲基硅氧烷/膨脹石墨/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料的制備，包括：
[0051] 將獲得的復(fù)合粉末與聚二甲基硅氧烷以及固化劑，按照5：4.5：0.5的比例進(jìn)行共混攪拌均勻，通過(guò)涂布機(jī)獲得厚度為0.5mm的薄膜，將上述薄膜切割為4cm×4cm正方形片狀，進(jìn)行多層堆疊(40層)，放入模具中熱壓，固化(5MPa，90℃，2h)獲得具有層狀結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷/膨脹石墨/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料。進(jìn)一步，將復(fù)合材料進(jìn)行垂直切割，獲得厚度為2mm，具有垂直取向結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。
[0052] 實(shí)施例4膨脹石墨/液態(tài)金屬高導(dǎo)熱電磁屏蔽復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0053] (1)膨脹石墨/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合填料的制備，包括：
[0054] 稱取5g的液態(tài)金屬，加入到500mL乙醇中，通過(guò)超聲分散1h，獲得液態(tài)金屬分散液；將5g膨脹石墨加入到液態(tài)金屬分散液中，繼續(xù)進(jìn)行超聲分散30min，磁力攪拌1h，真空抽濾，干燥獲得復(fù)合填料粉末。
[0055] (2)聚二甲基硅氧烷/膨脹石墨/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料的制備，包括：
[0056] 將獲得的復(fù)合粉末與聚二甲基硅氧烷以及固化劑，按照4：5.3：0.6的比例進(jìn)行共混攪拌均勻，通過(guò)涂布機(jī)獲得厚度為0.5mm的薄膜，將上述薄膜切割為4cm×4cm正方形片狀，進(jìn)行多層堆疊(40層)，放入模具中熱壓，固化(5MPa，90℃，2h)獲得具有層狀結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷/膨脹石墨/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料。進(jìn)一步，將復(fù)合材料進(jìn)行垂直切割，獲得厚度為2mm，具有垂直取向結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。
[0057] 對(duì)比例1
[0058] 聚二甲基硅氧烷/膨脹石墨復(fù)合材料的制備，包括：
[0059] 將膨脹石墨與聚二甲基硅氧烷以及固化劑，按照質(zhì)量比7：2.7：0.3的比例進(jìn)行共混攪拌均勻，通過(guò)涂布機(jī)獲得厚度為0.2mm的薄膜，將上述薄膜切割為4cm×4cm正方形片狀，進(jìn)行多層堆疊(200層)，放入模具中熱壓，固化(5MPa，90℃，2h)獲得具有層狀結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷/膨脹石墨/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料。進(jìn)一步，將復(fù)合材料進(jìn)行垂直切割，獲得厚度為2mm，具有垂直取向結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。
[0060] 對(duì)比例2
[0061] (1)膨脹石墨/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合填料的制備，包括：
[0062] 稱取5g的液態(tài)金屬，加入到500mL乙醇中，通過(guò)超聲分散1h，獲得液態(tài)金屬分散液；將10g膨脹石墨加入到液態(tài)金屬分散液中，繼續(xù)進(jìn)行超聲分散30min，磁力攪拌1h，真空抽濾，干燥獲得復(fù)合填料粉末。
[0063] (2)聚二甲基硅氧烷/膨脹石墨/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料的制備，包括：
[0064] 將獲得的復(fù)合粉末與聚二甲基硅氧烷以及固化劑，按照質(zhì)量比7：2.7：0.3的比例進(jìn)行共混攪拌均勻，通過(guò)涂布機(jī)獲得厚度為0.2mm的薄膜，將上述薄膜切割為4cm×4cm正方形片狀，進(jìn)行多層堆疊(10層)，放入模具中熱壓，固化(5MPa，90℃，2h)獲得厚度為2mm的復(fù)合材料。
[0065] 表1實(shí)施例1至實(shí)施例4所制樣品的電磁屏蔽性能
[0066]
[0067] 以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉
本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述
權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
