一种高性能耐热导电树脂材料及其制备方法与流程

本发明涉及树脂材料领域，具体涉及一种高性能耐热导电树脂材料及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着高性能电子器件的不断发展，对树脂材料的需求日益提高。既能有效导电，又能耐受高温的树脂材料作为电子元器件封装、散热元件和导热填充材料等有着广泛的应用前景。

2、然而，现有树脂材料在耐热导热性能和导电性能方面存在较大局限性。一部分高导电树脂材料导电性能好，但耐热导热性能差，使用温度限制较低；另一部分耐热树脂材料耐高温性能出色，但导电性能较差，能够防止静电的产生和积累，无法满足实际应用需求。

3、因此，开发一种高性能耐热导电树脂材料及其制备方法，对于突破传统树脂材料的局限性，满足现代电子设备的先进需求具有重要意义。

技术实现思路

1、为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种高性能耐热导电树脂材料及其制备方法，通过将改性超支化聚苯硫醚、改性银负载碳纳米管混合后加入至挤出机中熔融挤出，之后冷却造粒，得到高性能耐热导电树脂材料，解决了现有的树脂材料在耐热导热性能和导电性能方面存在较大局限性的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种高性能耐热导电树脂材料，包括以下重量份组分：

4、改性超支化聚苯硫醚100份、改性银负载碳纳米管0.5-4.5份；

5、其中，所述改性超支化聚苯硫醚由以下步骤制备得到：

6、步骤a1：将2，4-二氯苯硫酚、氢氧化钾以及n-甲基-2-吡咯烷酮加入至安装有搅拌器、温度计以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25-30℃，搅拌速率为300-400r/min的条件下搅拌反应20-30min，之后升温至160-170℃的条件下继续搅拌反应10-15h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后加入至冰水中，之后用盐酸溶液调节至ph为5-6，之后离心，将沉淀物放置于真空干燥箱中，在温度为50-55℃的条件下干燥2-3h，得到超支化聚苯硫醚；

7、步骤a2：将超支化聚苯硫醚、无水碳酸钾以及无水甲苯加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25-30℃，搅拌速率为300-400r/min的条件下搅拌反应20-30min，之后边搅拌边逐滴加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，控制滴加速率为1-2滴/s，滴加完毕后升温至100-110℃的条件下继续搅拌反应8-10h，反应结束后将反应产物离心，将沉淀物用无水乙醇洗涤2-3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为80-85℃的条件下干燥2-3h，得到改性超支化聚苯硫醚。

8、作为本发明进一步的方案：步骤a1中的所述2，4-二氯苯硫酚、氢氧化钾以及n-甲基-2-吡咯烷酮的用量比为0.1mol：0.15-0.2mol：120-150ml。

9、作为本发明进一步的方案：步骤a1中的所述盐酸溶液的质量分数为10-15%。

10、作为本发明进一步的方案：步骤a2中的所述超支化聚苯硫醚、无水碳酸钾、无水甲苯以及3-氨基丙基三乙氧基硅烷的用量比为5g：2-6g：80-100ml：10-15ml。

11、作为本发明进一步的方案：所述改性银负载碳纳米管由以下步骤制备得到：

12、步骤b1：将多壁碳纳米管、浓硫酸以及浓硝酸加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及回流冷凝管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为0-5℃，搅拌速率为300-400r/min的条件下搅拌反应1-2h，之后升温至回流的条件下继续搅拌反应2-3h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后真空抽滤，将滤饼用蒸馏水洗涤2-3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为70-75℃的条件下干燥2-3h，得到酸化碳纳米管；

13、步骤b2：将酸化碳纳米管、去离子水加入至安装有搅拌器、温度计以及导气管的三口烧瓶中，在超声功率为300-350w的条件下超声分散20-30min，之后通入氮气保护，之后加入硝酸银、柠檬酸三钠以及葡萄糖继续超声分散1-1.5h，之后在温度为60-65℃，搅拌速率为300-400r/min的条件下搅拌反应3-5h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后真空抽滤，将滤饼用蒸馏水洗涤2-3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为70-75℃的条件下干燥2-3h，得到银负载碳纳米管；

14、步骤b3：将银负载碳纳米管、双-[3-（三乙氧基硅）丙基]-二硫化物以及乙醇溶液加入至安装有搅拌器、温度计以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25-30℃，搅拌速率为300-400r/min的条件下搅拌反应20-30min，之后升温至80-85℃的条件下继续搅拌反应4-5h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后离心，将沉淀物依次用甲苯、甲醇洗涤2-3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为40-45℃的条件下干燥2-3h，得到改性银负载碳纳米管。

15、作为本发明进一步的方案：步骤b1中的所述多壁碳纳米管、浓硫酸以及浓硝酸的用量比为1g：30-40ml：10-12ml。

16、作为本发明进一步的方案：步骤b1中的所述多壁碳纳米管的管径为30-60nm；所述浓硫酸的质量分数为98%；所述浓硝酸的质量分数为68%。

17、作为本发明进一步的方案：步骤b2中的所述酸化碳纳米管、去离子水、硝酸银、柠檬酸三钠以及葡萄糖的用量比为5g：80-100ml：0.3-0.9g：0.01-0.03g：0.7-1.4g。

18、作为本发明进一步的方案：步骤b3中的所述银负载碳纳米管、双-[3-（三乙氧基硅）丙基]-二硫化物以及乙醇溶液的用量比为2g：5-9ml：60-65ml。

19、作为本发明进一步的方案：步骤b3中的所述乙醇溶液的体积分数为85-90%。

20、作为本发明进一步的方案：一种高性能耐热导电树脂材料的制备方法，包括以下步骤：

21、步骤一：按照重量份称取改性超支化聚苯硫醚100份、改性银负载碳纳米管0.5-4.5份，备用；

22、步骤二：将改性超支化聚苯硫醚、改性银负载碳纳米管混合后加入至挤出机中熔融挤出，之后冷却造粒，得到高性能耐热导电树脂材料。

23、本发明的有益效果：

24、本发明的一种高性能耐热导电树脂材料及其制备方法，通过将改性超支化聚苯硫醚、改性银负载碳纳米管混合后加入至挤出机中熔融挤出，之后冷却造粒，得到高性能耐热导电树脂材料；该制备方法以改性超支化聚苯硫醚为主要原料，改性超支化聚苯硫醚具有优良的耐热性能，通过向其中添加改性银负载碳纳米管，能够显著提高了改性超支化聚苯硫醚的导电性能和导热性能，使得制得的高性能耐热导电树脂材料具有优异的耐热性能、导热性能以及导电性，能够在高温度下保持其结构稳定性和性能，同时具备良好的导电性，并且可以有效降低材料的整体热阻，可以广泛应用于需要同时具备高耐热性和导电性领域的电子器件，例如高温电子元件，新型导电材料等，而且它的制备方法简单易行，成本相对较低，可大规模生产，为相关领域提供了高效、便捷的解决方案；

25、在制备高性能耐热导电树脂材料的过程中首先制备了一种改性超支化聚苯硫醚，首先利用2，4-二氯苯硫酚为原料进行聚合，形成超支化聚苯硫醚，且超支化聚苯硫醚上还含有部分未参与反应的氯原子，之后超支化聚苯硫醚、3-氨基丙基三乙氧基硅烷反应，超支化聚苯硫醚上的氯原子与3-氨基丙基三乙氧基硅烷上的氨基反应，引入硅氧烷，得到改性超支化聚苯硫醚，然后还制备了一种改性银负载碳纳米管，首先利用浓硫酸、浓硝酸的混合酸对多壁碳纳米管进行处理，将多壁碳纳米管氧化截断为短管状，并引入大量的羧酸基团，得到酸化碳纳米管，之后利用葡萄糖为还原剂将硝酸银进行还原成纳米银粒子，并使得纳米银粒子组装在多壁碳纳米管内部，得到银负载碳纳米管，最后利用双-[3-（三乙氧基硅）丙基]-二硫化物对银负载碳纳米管进行处理，在银负载碳纳米管的粒子表面引入大量的硅氧烷，得到改性银负载碳纳米管，最后将改性超支化聚苯硫醚、改性银负载碳纳米管进行共混；该改性超支化聚苯硫醚的分子结构上含有大量的苯环，赋予其优良的热稳定性，耐热性能大幅提升，之后向其中添加改性银负载碳纳米管后，碳纳米管具有优良的导热性能和导电性能，向其中负载纳米银粒子后其导热性能和导电性能得以进一步显著提升，最后改性超支化聚苯硫醚、改性银负载碳纳米管共混时，两者其上的硅氧烷进行缩合形成si-o-si网络，其导电通道和导热通道增加，并使得两者以化学键的形式连接，并形成的si-o-si网络能够大幅提升其热稳定性，使得最终制备得到的树脂材料的耐热导热性能、导电性能优良。

技术特征：

1.一种高性能耐热导电树脂材料，其特征在于，包括以下重量份组分：

2.根据权利要求1所述的一种高性能耐热导电树脂材料，其特征在于，步骤a1中的所述2，4-二氯苯硫酚、氢氧化钾以及n-甲基-2-吡咯烷酮的用量比为0.1mol：0.15-0.2mol：120-150ml；步骤a1中的所述盐酸溶液的质量分数为10-15%。

3.根据权利要求1所述的一种高性能耐热导电树脂材料，其特征在于，步骤a2中的所述超支化聚苯硫醚、无水碳酸钾、无水甲苯以及3-氨基丙基三乙氧基硅烷的用量比为5g：2-6g：80-100ml：10-15ml。

4.根据权利要求1所述的一种高性能耐热导电树脂材料，其特征在于，所述改性银负载碳纳米管由以下步骤制备得到：

5.根据权利要求4所述的一种高性能耐热导电树脂材料，其特征在于，步骤b1中的所述多壁碳纳米管、浓硫酸以及浓硝酸的用量比为1g：30-40ml：10-12ml。

6.根据权利要求4所述的一种高性能耐热导电树脂材料，其特征在于，步骤b1中的所述多壁碳纳米管的管径为30-60nm；所述浓硫酸的质量分数为98%；所述浓硝酸的质量分数为68%。

7.根据权利要求4所述的一种高性能耐热导电树脂材料，其特征在于，步骤b2中的所述酸化碳纳米管、去离子水、硝酸银、柠檬酸三钠以及葡萄糖的用量比为5g：80-100ml：0.3-0.9g：0.01-0.03g：0.7-1.4g。

8.根据权利要求4所述的一种高性能耐热导电树脂材料，其特征在于，步骤b3中的所述银负载碳纳米管、双-[3-（三乙氧基硅）丙基]-二硫化物以及乙醇溶液的用量比为2g：5-9ml：60-65ml。

9.根据权利要求4所述的一种高性能耐热导电树脂材料，其特征在于，步骤b3中的所述乙醇溶液的体积分数为85-90%。

10.一种如权利要求1-9任意一项所述的高性能耐热导电树脂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及树脂材料领域，具体涉及一种高性能耐热导电树脂材料及其制备方法，用于解决现有的树脂材料在耐热导热性能和导电性能方面存在较大局限性的问题；该制备方法以改性超支化聚苯硫醚为主要原料，改性超支化聚苯硫醚具有优良的耐热性能，通过向其中添加改性银负载碳纳米管，能够显著提高了改性超支化聚苯硫醚的导电性能和导热性能，使得制得的高性能耐热导电树脂材料具有优异的耐热性能、导热性能以及导电性，能够在高温度下保持其结构稳定性和性能，同时具备良好的导电性，并且可以有效降低材料的整体热阻，可以广泛应用于需要同时具备高耐热性和导电性领域的电子器件，而且它的制备方法简单易行，成本相对较低，可大规模生产。

技术研发人员：袁天雨,李广雪,王书月
受保护的技术使用者：山东鼎晟复合材料科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5