一种高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜及其制备方法与流程

本发明属于高分子复合材料，具体涉及一种高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、聚酰亚胺薄膜具有突出的耐热性能、绝缘性能和化学稳定性，在电子、微电子、航空航天、新能源汽车等高新技术领域有广泛的应用，但是随着电子产品和设备向高集成化发展，电子元器件的功率和布线密度大幅增加，在运行过程中单位体积产生的热量急剧增大，为了保证元器件的安全性和长期使用性能，对材料的热管控要求越来越高，聚酰亚胺薄膜如何在保持优异绝缘性能的前提下提高导热性能成了当下需要面对的技术挑战。

2、传统聚酰亚胺薄膜材料的本征导热性能较差，本征导热系数通常在0.2w/(m·k)以下，无法满足电子元器件的快速散热需求，极大限制了其进一步的应用。聚合物导热材料主要分为本征型导热聚合物和填充型导热聚合物，目前掺入导热填料被认为是提高聚酰亚胺导热系数的最经济有效的方法。常用的导热填料包括金属及其氧化物、陶瓷类材料、碳材料，其中以自由电子导热形式为主的金属、碳材料等填料均无法满足绝缘要求，因此，以声子导热形式为主的陶瓷类填料成为了首选。但要达到一定的导热系数，填料的添加含量很高，极大影响聚酰亚胺薄膜材料的耐热和机械性能。如何在保持聚酰亚胺自身优异绝缘和综合性能的基础上，有效改善薄膜材料的导热性能成为国内外研究与应用的重点。

技术实现思路

1、为解决现有技术中填充型导热聚酰亚胺薄膜为提升材料导热系数需要掺杂大量导热填料而无法保证自身优异的绝缘性能和综合性能的技术问题，本发明提供一种高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜及其制备方法。本发明采用六方氮化硼纳米片(bnns)作为导热填料，利用静电纺丝技术和浸渍法制备高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜。

2、本发明的具体技术方案如下：

3、本发明提供的高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s1，碱和h-bn于150-200℃反应1-3h，冷却至室温后，将混合物分散在去离子水中进行超声处理，所得产物用去离子水和无水乙醇洗涤至中性，干燥得到bnns；步骤s2，在氮气保护下，向bnns中加入4,4-二氨基二苯醚和n,n’-二甲基乙酰胺使其完全溶解，在冰水浴条件下，加入均苯四甲酸酐进行反应，得到bnns/paa纺丝溶液；步骤s3，将bnns/paa纺丝溶液采用静电纺丝制备得到纤维膜；步骤s4，将纤维膜放入paa胶液中浸渍，得到浸渍后纤维膜；步骤s5，将浸渍后纤维膜进行热亚胺化处理，得到bnns/pi导热绝缘复合材料，即高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜。

4、本发明提供的高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜的制备方法，还具有这样的技术特征，其中，步骤s1中碱为naoh、koh中的一种或两种，优选naoh和koh的混合物；碱和h-bn的质量比为5:1。

5、本发明提供的高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜的制备方法，还具有这样的技术特征，其中，步骤s2中4,4-二氨基二苯醚和均苯四甲酸酐的摩尔比为1:1，反应的反应时间为4h。

6、本发明提供的高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜的制备方法，还具有这样的技术特征，其中，步骤s3中静电纺丝的工艺参数为：纺丝电压15-20kv，优选18kv；接收距离18-24cm，优选20cm；推注速度0.6-1.0mm/min，优选0.8mm/min。

7、本发明提供的高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜的制备方法，还具有这样的技术特征，其中，步骤s4中paa胶液的质量分数为16wt％，浸渍的浸渍时间为4-5h。

8、本发明提供的高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜的制备方法，还具有这样的技术特征，其中，步骤s5中热亚胺化处理的工艺参数为：80℃/1h、100℃/1h、140℃/1h、220℃/2h、300℃/1h。

9、本发明还提供了一种高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜，其特征在于，采用上述高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜的制备方法制备得到。

10、发明的作用与效果

11、与现有技术相比，本发明提供的高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜及其制备方法，具有如下技术优势：

12、(1)bnns与传统的bn相比，厚度更薄且纵横比更大，可以抑制声子散射现象，因而具有更高的面内导热系数和导热各项异性。表面带羟基的bnns可以和paa的羧基等形成氢键结合，增强bnns和基体材料的相互作用，促进提高导热性能。

13、(2)利用静电纺丝技术，bnns沿纤维方向构建导热通路，可以改善bnns的分散性，有利于缩短导热填料之间的接触距离，在低含量填料的情况下可以成功构建导热网络。

14、(3)使用paa胶液进行浸渍，能够对纤维膜表面的孔隙进行填充。对于导热性能，聚合物取代了孔隙中的空气，产生了更多的声子通道，从而提高导热系数。对于力学性能，浸渍后引入的pi促进了相邻纤维之间的粘附性，从而增强了纤维之间的相互作用，因此力学性能可以得到提升。对于绝缘性能，浸渍前由于孔隙的存在，电子容易被捕获并聚集，利用浸渍paa胶液的方法消除孔隙可以避免电子的聚集，提高绝缘性能。

15、(4)paa胶液浸渍后再热亚胺化处理可以进一步提高材料的综合性能。

16、因此，根据本发明提供的制备方法制得的高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜在bnns填料含量15wt％的情况下，导热系数达到1.151w/(m·k)，体积电阻率达到3.6×1014ω·m，拉伸强度达到119.4mpa。

技术特征：

1.一种高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，

7.一种高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜，其特征在于，采用如权利要求1-6中任一项所述的高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜的制备方法制备得到。

技术总结本发明提供了一种高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜及其制备方法。该制备方法包括：步骤S1，碱和h‑BN于150‑200℃反应1‑3h，冷却至室温后，将混合物分散在去离子水中进行超声处理，所得产物用去离子水和无水乙醇洗涤至中性，干燥得到BNNS；步骤S2，在氮气保护下，向BNNS中加入4,4‑二氨基二苯醚和N,N’‑二甲基乙酰胺使其完全溶解，在冰水浴条件下，加入均苯四甲酸酐进行反应，得到BNNS/PAA纺丝溶液；步骤S3，将BNNS/PAA纺丝溶液采用静电纺丝制备得到纤维膜；步骤S4，将纤维膜放入PAA胶液中浸渍，得到浸渍后纤维膜；步骤S5，将浸渍后纤维膜进行热亚胺化处理，得到BNNS/PI导热绝缘复合材料，即高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜。该高导热高绝缘聚酰亚胺薄膜在BNNS填料含量15wt％时，导热系数高达1.151W/(m·K)。技术研发人员：虞晓洋,叶楚祥受保护的技术使用者：上海珐工材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/10