一种高导热低热膨胀系数聚酰亚胺膜、制备方法及应用与流程

本发明属于聚酰亚胺薄膜材料，具体涉及一种高导热低热膨胀系数聚酰亚胺膜、制备方法及应用。

背景技术：

1、聚酰亚胺(pi)是由含酰亚胺基链节[-c(o)-n(r)-c(o)-]构建的芳杂环高分子化合物，具有优异的电绝缘性、耐化学腐蚀性能、机械性能等特性，被誉为“解决问题的能手”，被广泛用到航空航天、电气绝缘、液晶显示、汽车医疗、原子能、卫星、核潜艇、微电子等众多领域。然而现代电子设备以芯片为代表的工业器件、混合动力电动汽车以及发光二极管的高度集成和高功率导致产品的尺寸逐渐减小，由此产生的热量成倍增加的问题越来越突出，相关研究表明：电子设备的温度每升2℃，可靠性降低10％，温度升高8～12℃，使用寿命减半，而传统pi膜固有导热率仅在0.16w/(m·k)左右，无法及时将热量导出，严重影响产品的操作性能及使用寿命材料；此外，传统pi膜的热膨胀系数(cte)较高，已不能满足现代电子等产品的使用要求，因此开发一种高导热低热膨胀系数pi薄膜尤为重要。

2、被人们称为“白石墨烯”的氮化硼(bn)因具有良好的导热性而被选用作导热填料，但在实际应用中，其在聚合物中分散性较差很难形成高效的导热通路，对pi膜导热效果提升作用有限。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出一种高导热低热膨胀系数聚酰亚胺膜、制备方法及应用。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种高导热低热膨胀系数聚酰亚胺膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

4、s1、将聚乙烯亚胺加到sio2分散液中搅拌均匀，经离心、干燥后得到p-sio2；

5、s2、对氮化硼粉体进行煅烧，冷却后分散在去离子水中，再经离心、干燥得到n-bn；

6、s3、将p-sio2分散到去离子水中得到p-sio2分散液，将n-bn分散到去离子水中得到n-bn分散液，再将p-sio2分散液加入到n-bn分散液中，经搅拌、离心、干燥得到p-sio2/n-bn填料；

7、s4、将二胺单体溶于有机溶剂；然后加入p-sio2/n-bn填料，再加入二酐单体，搅拌反应，制得含p-sio2/n-bn的聚酰胺酸；

8、s5、对含p-sio2/n-bn的聚酰胺酸进行真空消泡处理，然后流延成膜，再分段热亚胺化处理，冷却后即得高导热低热膨胀系数聚酰亚胺薄膜。

9、优选地，步骤s1中sio2粒径为100-300nm，所述sio2分散液的浓度为0.05-0.15g/ml；所述聚乙烯亚胺与sio2质量比为1：(25-50)。

10、优选地，步骤s2中氮化硼为六方氮化硼，粒径为5-20μm；所述煅烧温度700-900℃，煅烧时间为1-3h。

11、优选地，步骤s3中制备p-sio2分散液时p-sio2与去离子水的质量比为1:(8-15)；制备n-bn分散液时n-bn颗粒与去离子水的质量比为1:(5-8)；所述p-sio2和n-bn质量比为1:(5-10)。

12、优选地，所述二胺单体为对苯二胺、4,4′-二氨基二苯醚以及4,4'-二氨基苯酰替苯胺中的一种；所述二酐单体为均苯四酸二酐或3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐中的一种；所述有机溶剂为n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺以及n-甲基吡咯烷酮中的一种。

13、优选地，所述p-sio2/n-bn与二胺单体质量比为(0.5-1)：1，二胺单体和二酐单体的摩尔比为1：(1～1.05)。

14、优选地，步骤s5中热亚胺化处理的具体操作如下：分别在110℃、150℃、200℃、250℃和300℃下各保温25-60min。

15、一种高导热低热膨胀系数聚酰亚胺膜由上述所述的一种高导热低热膨胀系数聚酰亚胺膜的制备方法制备而成。

16、优选地，所述高导热低热膨胀系数聚酰亚胺膜的厚度为25-50μm。

17、如上述所述的一种高导热低热膨胀系数聚酰亚胺膜作为绝缘散热材料在电子电器设备中应用。

18、本发明的有益效果：

19、1、本发明中，聚乙烯亚胺是高阳离子性物质，具有高附着性和吸附性，采用pei修饰sio2使其表面带正电荷，再通过静电自组装方法将p-sio2吸附到高温煅烧微氧化带负电荷的氮化硼表面,得到p-sio2/n-bn改性填料；将p-sio2/n-bn改性填料与聚酰亚胺的聚合单体在溶剂中进行原位聚合反应制得聚酰胺酸，最后经流延成膜和热处理得到聚酰亚胺薄膜。

20、2、本发明中，sio2吸附在bn表面，一方面可以抑制bn在pi基体中的团聚，提高bn在pi基体中的分散性，从而构建高效的导热通路；另一方面，sio2表面的pei能够提供氨基基团，增加与pi基体发生化学反应的活性位点，使填料与基体粘合力增加,提高了与pi基体的相容性，从而抑制界面作用，减少声子在pi基体中界面散射，从而进一步提高pi膜的导热性能；此外，sio2的引入可以有效的降低pi膜的热膨胀系数。制得的pi膜导热系数高、热膨胀系数低，机械性能良好，且制备工艺简单，有很好的推广使用价值。

技术特征：

1.一种高导热低热膨胀系数聚酰亚胺膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高导热低热膨胀系数聚酰亚胺膜的制备方法，其特征在于，步骤s1中sio2粒径为100-300nm，所述sio2分散液的浓度为0.05-0.15g/ml；所述聚乙烯亚胺与sio2质量比为1：(25-50)。

3.根据权利要求1所述的一种高导热低热膨胀系数聚酰亚胺膜的制备方法，其特征在于，步骤s2中氮化硼为六方氮化硼，粒径为5-20μm；所述煅烧温度700-900℃，煅烧时间为1-3h。

4.根据权利要求1所述的一种高导热低热膨胀系数聚酰亚胺膜的制备方法，其特征在于，步骤s3中制备p-sio2分散液时p-sio2与去离子水的质量比为1:(8-15)；制备n-bn分散液时n-bn颗粒与去离子水的质量比为1:(5-8)；所述p-sio2和n-bn质量比为1:(5-10)。

5.根据权利要求1所述的一种高导热低热膨胀系数聚酰亚胺膜的制备方法，其特征在于，所述二胺单体为对苯二胺、4,4′-二氨基二苯醚以及4,4'-二氨基苯酰替苯胺中的一种；所述二酐单体为均苯四酸二酐或3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐中的一种；所述有机溶剂为n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺以及n-甲基吡咯烷酮中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种高导热低热膨胀系数聚酰亚胺膜的制备方法，其特征在于，所述p-sio2/n-bn与二胺单体质量比为(0.5-1)：1，二胺单体和二酐单体的摩尔比为1：(1～1.05)。

7.根据权利要求1所述的一种高导热低热膨胀系数聚酰亚胺膜的制备方法，其特征在于，步骤s5中热亚胺化处理的具体操作如下：分别在110℃、150℃、200℃、250℃和300℃下各保温25-60min。

8.一种高导热低热膨胀系数聚酰亚胺膜由权利要求1-7任一所述的一种高导热低热膨胀系数聚酰亚胺膜的制备方法制备而成。

9.根据权利要求8所述的一种高导热低热膨胀系数聚酰亚胺膜，其特征在于，所述高导热低热膨胀系数聚酰亚胺膜的厚度为25-50μm。

10.如权利要求8～9任一所述的一种高导热低热膨胀系数聚酰亚胺膜作为绝缘散热材料在电子电器设备中应用。

技术总结本发明属于聚酰亚胺薄膜材料技术领域，具体涉及一种高导热低热膨胀系数聚酰亚胺膜、制备方法及应用；所述制备方法包括以下步骤：S1、将聚乙烯亚胺加到SiO2分散液中搅拌均匀，经离心、干燥后得到P‑SiO2；S2、对氮化硼粉体进行煅烧，冷却后分散在去离子水中，经离心、干燥得到N‑BN；S3、将P‑SiO2分散到去离子水中得到P‑SiO2分散液，将N‑BN分散到去离子水中得到N‑BN分散液，再将P‑SiO2分散液加入到N‑BN分散液中，经搅拌、离心、干燥得到P‑SiO2/N‑BN填料；S4、将二胺单体溶于有机溶剂；然后加入P‑SiO2/N‑BN填料，再加入二酐单体，搅拌反应，制得含P‑SiO2/N‑BN的聚酰胺酸；S5、对含P‑SiO2/N‑BN的聚酰胺酸进行真空消泡处理，然后流延成膜，再分段热亚胺化处理，冷却后即得高导热低热膨胀系数聚酰亚胺薄膜。技术研发人员：徐宝羚,孙善卫,史恩台,庞冲,金弘盛,潘孝军,吴奕纯受保护的技术使用者：安徽国风新材料股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1