一种柔性导热屏蔽材料及其制备方法
技术领域
本发明属于磁性材料及复合材料技术领域，具体涉及一种柔性导热屏蔽材料及其制备方法。
背景技术
目前，随着电子电力以及能源等行业的迅速发展、纳米电子技术的进步和新应用领域的出现，电子电气等设备的功率密度越来越大，电子封装结构变得越来越复杂，产生的热量也随之增加。过多的热量会导致这些器件与设备的工作使用温度升高，使其使用寿命缩短，并且对其性能造成严重影响。除此之外，电子电器和无线电通讯产生的电磁辐射己成为继噪声污染、大气污染、水污染、固体废物污染之后的又一大公害。电磁波不仅干扰着各种电子设备的正常运行，威胁通信设备的信息安全，而且对人类的身体健康会产生极大危害。目前消除电磁波危害的主要方法是采用电磁屏蔽材料对其进行屏蔽。
在多数应用场景中，单功能的材料往往难以满足，因此，探索一种高效的能导热的电磁屏蔽材料已经成为迫切需要解决的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种柔性导热屏蔽材料及其制备方法。本发明采用共熔法制备得到的复合材料，具有屏蔽电磁效能高、热导率高散热性能强、轻质柔韧性好的特点。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一方面，提供了一种柔性导热屏蔽材料，包括如下重量份组分：磁性材料30～40份、聚氨酯30～40份、导热填料15～25份和助剂5～10份。
本发明中所用的磁性材料为Cu/Ni纳米合金
本发明中所用的导热填料为氮化铝和二硼化钛的混合物。
进一步地，二硼化钛按质量百分比计为导热填料的5％～15％。
本发明中所用的分散剂为Syltherm%20800。
本发明中所用的偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
本发明中所用的增熔剂为硬脂酸、硅烷偶联剂、钛酸酯中的任意一种。
进一步地，Cu/Ni纳米合金粒径为0.1～10μm，氮化铝的粒径为50～100μm，二硼化钛的粒径为0.1～5μm。
进一步地，助剂按质量百分比计分散剂、偶联剂和增熔剂的质量百分比例为(2％～6％)：(1％～3％)：(0.5％～3％)。
另一方面，提供了一种柔性导热屏蔽材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配方称取聚氨酯、导热填料、磁性材料，真空干燥后，备用；
(2)将步骤(1)干燥后的原料加入分散剂、偶联剂和增熔剂，混匀后置于转矩流变仪中密炼，降温至70～80℃后加入磁性材料，混匀，得共混样品；
(3)将步骤(2)得到的共混样品置于平板硫化机上模压成型，热压塑化10～20min，排气保压5～10min，再冷压5～10min后出模，即得柔性导热屏蔽材料。
进一步地，步骤(1)中的真空干燥条件具体为在70～80℃温度条件下，干燥10～12h。
进一步地，步骤(2)中密炼条件具体为温度160～180℃，转速为80～100r/min，时间15～20min。
进一步地，步骤(3)中热压条件为70～80℃，6～10Mpa；
进一步地，步骤(3)中冷压条件为0～10℃，6～10Mpa。
本发明有益效果：
(1)本发明以具有高弹性和优良加工性能的聚氨酯为基体，是制备柔性功能材料的优良基体，通过加入适合比例导热填料氮化铝和二硼化钛，协同分散剂Syltherm%20800，使制备得到的复合材料的热导率达17W/(m·K)，加入Cu/Ni纳米合金作为磁性材料时，在频率为1-18GHz的范围内，最大屏蔽效能达32dB。
(2)本发明的成分组成中采用的导热填料为氮化铝和二硼化钛混合物，二硼化钛在适合范围的比例内，并与氮化铝粒径大小形成差异悬殊的小粒径，可以形成更密实的导热网络，提高导热效率。
(3)本发明的成分组成中采用偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷，增强了复合材料的导热性能和拉伸强度。
(4)本发明的磁性材料由于采用的碳基吸波剂为Cu/Ni纳米合金，因此在步骤一采用增熔剂对磁性材料进行预处理，增强与聚氨酯基材界面的融合效果，制备的磁性材料的结构和性能更优。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
一种柔性导热屏蔽材料，包括如下重量份的组分：磁性材料：Cu/Ni纳米合金35份，聚氨酯35份，导热填料：氮化铝18份、二硼化钛3份，分散剂Syltherm%20800%203份、偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷2份、增熔剂硬脂酸1份。
一种柔性导热屏蔽材料，制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方称取聚氨酯、导热填料和磁性材料，在80℃真空烘箱中干燥12h后，备用；
(2)将步骤(1)干燥后的原料加入分散剂、偶联剂和增熔剂，混匀后置于转矩流变仪中在温度180℃、转速90r/min，密炼20min后，降温至80℃，加入磁性材料混匀，得共混样品；
(3)将步骤(2)得到的共混样品置于平板硫化机上模压成型，在条件为80℃、10Mpa，热压塑化15min，排气保压10min，再在条件为5℃、8Mpa，冷压8min后出模，即得柔性导热屏蔽材料。
实施例2
一种柔性导热屏蔽材料，包括如下重量份的组分：磁性材料：Cu/Ni纳米合金30份，聚氨酯40份，导热填料：氮化铝20份、二硼化钛2份，分散剂Syltherm%20800%204份、偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷3份、增熔剂硬脂酸2份。
一种柔性导热屏蔽材料，制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方称取聚氨酯、导热填料和磁性材料，在70℃真空烘箱中干燥12h后，备用；
(2)将步骤(1)干燥后的原料加入分散剂、偶联剂和增熔剂，混匀后置于转矩流变仪中在温度170℃、转速80r/min，密炼15min后，降温至70℃，加入磁性材料混匀，得共混样品；
(3)将步骤(2)得到的共混样品置于平板硫化机上模压成型，在条件为70℃、10Mpa，热压塑化20min，排气保压5min，再在条件为5℃、8Mpa，冷压10min后出模，即得柔性导热屏蔽材料。
实施例3
一种柔性导热屏蔽材料，包括如下重量份的组分：磁性材料：Cu/Ni纳米合金40份，聚氨酯30份，导热填料：氮化铝18份、二硼化钛1份，分散剂Syltherm%20800%205份、偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷1份、增熔剂硬脂酸2份。
一种柔性导热屏蔽材料，制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方称取聚氨酯、导热填料和磁性材料，在80℃真空烘箱中干燥12h后，备用；
(2)将步骤(1)干燥后的原料加入分散剂、偶联剂和增熔剂，混匀后置于转矩流变仪中在温度175℃、转速100r/min，密炼15min后，降温至80℃，加入磁性材料混匀，得共混样品；
(3)将步骤(2)得到的共混样品置于平板硫化机上模压成型，在条件为75℃、10Mpa，热压塑化10min，排气保压10min，再在条件为5℃、8Mpa，冷压8min后出模，即得柔性导热屏蔽材料。
对比例1
与实施例1比，成分上导热填料不含二硼化钛，余同；
对比例2
与实施例1比，成分上导热填料含二硼化钛质量百分比为3％，余同；
对比例3
与实施例1比，导热填料氮化铝和二硼化钛粒径为50～100μm，余同；
对比例4
与实施例1比，导热填料氮化铝和二硼化钛粒径为0.1～5μm，余同；
对比例5
与实施例1比，成分上不含有分散剂，余同；
对比例6
与实施例1比，成分上不含有偶联剂，余同；
对比例7
与实施例1比，成分上不含有增熔剂，余同；
性能测试：
将实施例1-3与对比例1-7的试样进行以下指标的检测，结果如下表1。
(1)导热性能测试：采用激光闪点法测试材料的面内和垂直两个方向的热导率，测试中面内和垂直方向，测试温度为25℃。
(2)耐高耐受温度测试：将复合材料切割成相同的尺寸并标号后放入到烘箱中，从120℃开始逐步升温，温度每升高5℃时，在此温度下保持1h，重复此步骤，直至观察到烘箱内的复合材料开始发生塌陷和/或流动变形的情况，此时的温度即为最高耐受温度。
(3)磁性能测试：测定2-18GHz频率范围内的最高屏蔽效能。
(4)力学性能测试：依照GBT528-2009测试，拉伸速率为500mm/min,测定拉伸强度和断裂应变率，反复折叠300次后其拉伸强度和断裂应变保持率。
表1性能测试结果
从表1结果可知，本发明实施例1-3制备的柔性导热屏蔽材料热导率为17.2～17.5W/(m.K)，拉伸强度为65.1～68.7Mpa，断裂应变率为13％～15％，经过180度反复弯折300次后，拉伸强度和断裂应变率的保持率为92％～95％且表面无剥落现象，在频率2-18GHz内屏蔽效能为31.15～32.98dB。说明本发明实施例制备的复合材料，性能优良。
对比例1-2考察了二硼化钛对导热性能的影响。对比例1未采用二硼化钛时，对比例1制备的复合材料热导率下降到11.5W/(m.K)，对比例2二硼化钛比例为5％时，制备的复合材料热导率与实施例也有明显下降。
对比例3-4考察了二硼化钛粒径对导热性能的影响。与实施例比较，粒径均为同一大小粒径时，制备的复合材料热导率与实施例也有明显下降。
对比例5考察了分散剂Syltherm 800对导热性能的影响。与实施例比较，当未添加分散剂Syltherm 800时，制备的复合材料热导率下降至11.6W/(m.K)。
对比例6考察了偶联剂的影响，与实施例比较，当未添加偶联剂时，各项性能有所下降。
对比例7考察了增熔剂的影响，与实施例比较，当未添加增熔剂时，只是断裂应变率有所下降。
