高导热聚酰亚胺薄膜的制备及功能表征（一）

聚酰亚胺（PI）薄膜因其超高的高导绝缘强度、机械强度、热聚热分解温度以及尺寸晃动性被宽泛运用于电工电气的酰亚绝缘畛域。随陷溺信技术的胺薄进一步发展，机电的制备征能量密度越来越大，对于机电的及功绝缘资料提出了更高的要求。大功率机电的高导载流大，产生的热聚热量更高；热量不实时传导，会使机电外部温度着落，酰亚电子元器件热胀形变，胺薄着落机电功能，制备征甚至导致机电销毁。及功因此在连结聚酰亚胺薄膜原有功能的高导同时，普及其导热性，热聚已经成为电气级聚酰亚胺钻研的酰亚重点。当初国内可能批量斲丧高导热聚酰亚胺薄膜的厂家少少，主要产能均会集在外洋，其中美国杜邦公司的KaptonRMT是一款明星产物，经由退出氧化铝填料将聚酰亚胺的导热系数从0.2W/m·K普及到0.46W/m·K。

当初运用高导热的粒子填充到聚合物基体来普及聚合物导热性是一种罕有的普及导热性的方式。罕用的高导热粒子主要分为两类：一类是金属粉末，一类是有机粒子。其中金属粉末如铜粉、银粉、铝粉等，其导热机理是经由金属外部从容挪移的电子来传递热量，而从容电子使金属粉末具备很强的导电性，会大幅着落聚酰亚胺薄膜的绝缘强度，并不适应绝缘资料运用。有机粒子包罗氧化铝、氮化铝、氮化硼等有机颗粒，这些有机颗粒具备细密的晶格，可能经由晶格的振动将热量快捷传递进来，而且不可能从容挪移的电子，因此这些颗粒具备较高的导热性以及绝缘性，是制备高导热绝缘聚酰亚胺薄膜的首选。

运用有机粒子制备高导热聚酰亚胺薄膜的紧张是让有机颗粒在聚酰亚胺基体内组成残缺的导热网络。热量可能经由有机颗粒组成的导热网络间接传导进来，而当导热网络不残缺时，有机颗粒以及聚酰亚胺基体之间的相界面会产生很大的热阻，导热功能较差。影响有机导热网络组成的主要因素有填充量、粒子-基体相容性、粒子宏不雅结构、粒子取向等。

导热通路是导热粒子与粒子间接在聚合物基体衔接组成的，这就需要较高的填充量能耐保障粒子与粒子相散漫。有机粒子以及聚合物基体的极性差距较大，两者相容性欠好，资料的机械功能以及导热功能欠安，可能接管偶联剂对于有机颗粒外表改性的方式普及相容性，从而降职资料的机械功能，着落界面热阻，普及导热功能。有机粒子的宏不雅结构决定了聚合物基体内导热通路的形态。运用区别宏不雅结构的有机颗粒复配，可能使有机粒子之间结构产生互补浸染，普及导热性。在聚合基体中的有机粒子会随着聚合物的加工历程发生取向变换，导致聚合物导热网络结构改动，从而影响导热功能。

六方氮化硼（h-BN）作为一种导热性十分好的有机粒子，其外部的原子结构相似于石墨烯，呈层状排布，因此以及石墨相同具备超高的导热性，其中微米级的h-BN的导热系数更是高达300W/m·K。以及石墨区别，氮化硼外部不含有可能从容挪移的电子，其绝缘强度可达800V/μm。因为其具备优异的导热性以及绝缘强度，因此被宽泛运用于普及高导热绝缘资料的制备。可是氮化硼的宏不雅结构为片状，在聚合物薄膜拉伸历程中沉重大水平取向，少许氮化硼呈水平扩散，导致热量更重大延膜面传递，而在薄膜内外层之间的导热性要差良多，国内外良多文献对于此做了深入钻研。

Song等运用氮化硼以及PVA复合，经由三倍拉伸制患上高导热PVA薄膜，其中氮化硼的削减量为15%。经由高倍率拉伸后，氮化硼的水平取向很猛烈，导致测试其膜面的导热系数高达13W/m·K。Lin等在氮化硼外表接枝具备磁性的纳米颗粒如&ga妹妹a;-Fe2O3，经由磁场来诱导氮化硼颗粒取向，并运用这种方式制备了氮化硼-环氧树脂复合股料。测试导热系数发现，操作取向的复合股料导热系数为0.9W/m·K，远高于未操作取向的0.4W/m·K。Lim经由低压电场让氮化硼垂直取向，其制备的导热硅橡胶的导热系数可达4.7W/m·K，其导热功能有很大普及。Tanimoto等系统钻研了氮化硼的粒径、含量、形态对于聚酰亚胺资料导热功能的影响，服从表明，氮化硼颗粒越大，聚酰亚胺份子刚性越高，导热功能越好，颗粒在基体外部取向越猛烈，导热系数的各项同性越清晰。

高导热聚酰亚胺薄膜主要运用于大功率机电的绝缘绕组，其热量在膜面快捷转达，十分有利于散热，可是更紧张的是将热量实时从金属线圈经由绝缘薄膜传递到详情，这对于薄膜高下两面之间的导热性提出了很高的要求。

α-氧化铝的宏不雅结构为球状，在聚合物中散漫取向不清晰，且其绝缘功能优异，因此也常被用于制备高功能绝缘资料。可是其导热系数为30W/m·K，因为其热导率相干于其余高导热填料比照低，因此在高导热绝缘资料制备中每一每一与其余导热填料复配。Wang等运用区别粒径的氧化铝以及氮化硅复配制备的高导热硅橡胶的导热系数可达到1.48~2W/m·K。章文捷等运用氧化铝以及氮化铝复配制患上的有机硅灌封用浆液，其导热系数可达0.89W/m·K。周文英等运用氧化铝、氮化铝、碳化硼为导热填料，酚醛树脂以及环氧树脂为基体，制备出了导热系数为0.99W/m·K，介电常数为6,体积电阻为4.6×1012Ω·m的高导热胶黏剂。

思考到微米级氮化硼具备优异的导热性，但其取向浸染清晰，导热薄膜各向同性突出；氧化铝颗粒取向不清晰，导热系数稍低。本文运用微米级的氮化硼、亚微米级的氧化铝以及纳米级的氧化铝三种导热填料复配，并对于其外表运用硅烷偶联剂KH550妨碍改性，制备出了一系列高导热聚酰亚胺薄膜，并对于其导热性、绝缘强度、力学功能及热晃动性做了钻研。

1.试验全副

1.1药品及仪器（表一、表2）

1.2有机粒子的外表改性

称取5g微米级氮化硼（粒径2～4μm），退出100g50%的NaOH溶液，超声散漫2h，室温部署12h。过滤洗涤至洗涤液呈中性，去世板破碎捣毁患上外表活化的微米级氮化硼。将活化好的氮化硼退出250mL的N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）中散漫平均，退出KH550，搅拌平均后，超声解决2h，通氮呵护反映12h。过滤，运用无水乙醇洗涤，烘干破碎捣毁，制患上外表改性后的微米级氮化硼。

亚微米级氧化铝（粒径0.3～0.5μm）以及纳米级氧化铝（粒径50～100nm）外表解决方式与氮化硼相似，因为氧化铝外表有较多羟基，因此不需要外表活化解决，间接在DMAc系统中退出KH550，超声、过滤、洗涤、去世板即可。

1.3聚酰胺酸浆料的制备

将解决好的有机粒子退出三口烧瓶中，退出DMAc，超声散漫2h，在散漫液中退出4,4′-二氨基二苯醚（ODA），待残缺消融后分步退出均苯四甲酸二酐（PMDA），此时聚合物基体粘度逐步普及，待粘度着落到200PaS左右时，停止退出PMDA，不断搅拌2h。掏出真空脱泡，患上聚酰胺酸浆料。

1.4高导热聚酰亚胺薄膜的制备

将脱完泡的聚酰胺酸浆料平均部署在镜面抛光的钢板上，调整涂抹器刮刀的间距，将聚酰胺酸浆料平均刮涂在钢板上。将钢板置于60℃烘箱中1h，转移到120℃烘箱中0.5h，再转移到180℃烘箱中0.5h，再转移到250℃烘箱中10min，再转移到350℃烘箱中5min，最后转移到440℃烘箱中3min。冷却后，取下薄膜即患上高导热聚酰亚胺薄膜。

1.5测试与表征

有机颗粒红外光谱合成遵照KBr压片法，薄膜遵照GB/T13542.2-2009的方式测试绝缘强度。遵照GB/T1040.3-2006的方式测试拉伸强度。导热系数测试时温度为20℃，每一2min取样。热失重合成气氛为氮气，升温速率为10℃/min。

申明：本文所用图片、翰墨源头《安徽化工》，版权归原作者所有。如波及作品内容、版权等成果，请与本网分割

相干链接：聚酰亚胺，氮化硼，氧化铝，二甲基乙酰胺