CN112759782A - 一种导热绝缘材料及提升材料绝缘及导热性能的方法 - Google Patents

一种导热绝缘材料及提升材料绝缘及导热性能的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112759782A
CN112759782A CN202110014466.7A CN202110014466A CN112759782A CN 112759782 A CN112759782 A CN 112759782A CN 202110014466 A CN202110014466 A CN 202110014466A CN 112759782 A CN112759782 A CN 112759782A
Authority
CN
China
Prior art keywords
boron nitride
insulating
improving
film
insulation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110014466.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112759782B (zh
Inventor
王天宇
李大雨
张贵新
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN202110014466.7A priority Critical patent/CN112759782B/zh
Publication of CN112759782A publication Critical patent/CN112759782A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112759782B publication Critical patent/CN112759782B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04—Coating
    • C08J7/0427—Coating with only one layer of a composition containing a polymer binder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/12—Chemical modification
    • C08J7/123—Treatment by wave energy or particle radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D129/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal, or ketal radical; Coating compositions based on hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D129/02—Homopolymers or copolymers of unsaturated alcohols
    • C09D129/04—Polyvinyl alcohol; Partially hydrolysed homopolymers or copolymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40—Additives
    • C09D7/60—Additives non-macromolecular
    • C09D7/61—Additives non-macromolecular inorganic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40—Additives
    • C09D7/60—Additives non-macromolecular
    • C09D7/63—Additives non-macromolecular organic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40—Additives
    • C09D7/70—Additives characterised by shape, e.g. fibres, flakes or microspheres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2327/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers
    • C08J2327/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08J2327/12—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C08J2327/18—Homopolymers or copolymers of tetrafluoroethylene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2363/00—Characterised by the use of epoxy resins; Derivatives of epoxy resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2383/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Derivatives of such polymers
    • C08J2383/04—Polysiloxanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2429/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal, or ketal radical; Hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Derivatives of such polymer
    • C08J2429/02—Homopolymers or copolymers of unsaturated alcohols
    • C08J2429/04—Polyvinyl alcohol; Partially hydrolysed homopolymers or copolymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/38—Boron-containing compounds
    • C08K2003/382—Boron-containing compounds and nitrogen
    • C08K2003/385—Binary compounds of nitrogen with boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Abstract

本申请提供了一种导热绝缘材料及提升材料绝缘及导热性能的方法，所述一种导热绝缘材料包括基材和薄膜，所述基材为绝缘聚合物；所述薄膜为氮化硼纳米片薄膜，所述氮化硼纳米片薄膜是在所述绝缘聚合物表面经氮化硼分子自组装形成的片层状结构。本申请提供的技术方案利用氮化硼纳米片优异的绝缘和导热性能，再加上这种独特的层状结构，可以起到提升绝缘材料绝缘性能及导热性能的效果。

Description

一种导热绝缘材料及提升材料绝缘及导热性能的方法
技术领域
本文涉及但不限于一种导热绝缘材料技术，尤指一种导热绝缘材料及提升材料绝缘及导热性能的方法。
背景技术
目前的电气及电子设备普遍存在两方面的问题。一方面是散热问题，这在集成电路中尤为突出。虽然目前的市面上的导热硅脂等材料能起到一定的导热效果，但CPU等高功率器件的发热问题仍然十分突出，并且导热硅脂的绝缘性能十分有限。另一方面用电设备在使用过程中，里面的绝缘材料表面容易积聚电荷，积聚的电荷会导致局部场强畸变，最终造成绝缘强度降低(如闪络电压下降)，这在大型直流电气设备(如直流GIL)中尤为突出。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制本申请的保护范围。
本申请提供了一种导热绝缘材料，所述材料包括基材和薄膜，所述基材为绝缘聚合物；所述薄膜为氮化硼纳米片薄膜，所述氮化硼纳米片薄膜是在所述绝缘聚合物表面经氮化硼分子通过化学方法自组装形成的片层状结构。
在本申请提供的一种实施方式中，所述薄膜的厚度为0.1μm至100μm。
又一方面，本申请提供了一种提升材料绝缘及导热性能的方法，包括以下步骤：
1)将氮化硼纳米片在水中分散均匀，制成悬浊液；
2)向所述悬浊液中加入聚乙烯醇，分散均匀后加入戊二醛和盐酸，分散均匀，得到混合液；
3)将基材表面进行亲水性处理，之后将所述基材浸渍于所述混合液中。此时交联反应，将氮化硼纳米片自动的拼装成片层状结构。
可选地，所述提升材料绝缘及导热性能的方法由上述步骤组成。
在本申请提供的一种实施方式中，上述该方法可用于制备上述导热绝缘材料。
在本申请提供的一种实施方式中，所述亲水性处理为使用等离子体发生装置对所述基材表面进行改性处理；
在本申请提供的一种实施方式中，所述亲水性处理包括以下操作：
a)使用变压器及低温等离子体源发生等离子体，所述等离子体发生装置使用的激发气体选自氩气、空气或氮气中的任意一种或更多种，可选地，所述激发气体流量为5L/min至20L/min。
b)将基材置于距等离子体出口1cm至10cm处，对基材表面进行处理5s至60s。以在基材表面滴水后憎水角小于90度为结束标志。
在本申请提供的一种实施方式中，所述氮化硼纳米片、水、聚乙烯醇、戊二醛和盐酸的重量比为(1至5):(20至1000):(0.5至10):(0.05至0.2):(0.1至1)。
在本申请提供的一种实施方式中，所述基材选自环氧树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、酚醛树脂和硅橡胶中的任意一种或更多种；
在本申请提供的一种实施方式中，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、溴化双酚A型环氧树脂和酚醛型环氧树脂中的任意一种或更多种。
在本申请提供的一种实施方式中，所述氮化硼纳米片的尺寸为厚为10nm至50nm，粒径为100nm至1000nm。
在本申请提供的一种实施方式中，步骤1)中所述在水中分散均匀包括使用搅拌机搅拌。
在本申请提供的一种实施方式中，所述搅拌的转速为50r/min至2000r/min，搅拌时间为2min至20min。
在本申请提供的一种实施方式中，步骤2)中所述悬浊液先升温至80℃至95℃，再加入所述聚乙烯醇，并在该温度下进行第一次分散，然后冷却至室温；加入所述戊二醛和盐酸后进行第二次分散；
在本申请提供的一种实施方式中，所述第一次分散和第二次分散为搅拌分散，所述搅拌分散的搅拌转数为50r/min至2000r/min，所述分散时间为2min至60min。
在本申请提供的一种实施方式中，所述基材多次浸渍于所述混合液中；可选地，所述浸渍的次数为5次至30次；
在本申请提供的一种实施方式中，所述基材在所述混合液中浸渍的时间为5s至30s，所述基材拿出所述混合液后进行烘干，优选地，所述烘干温度为40℃至80℃，所述烘干时间为0.5h至3h。
本申请提供的技术方案利用氮化硼纳米片优异的绝缘性能和导热性能加上独特的片层状结构可以很好的促进绝缘子表面电荷沿切向消散，提升沿面闪络电压，从而有效提升绝缘性能。再加上片层状结构本身能形成良好的导热通路，能使导热性能显著提升。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书中所描述的方案来发明实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为实施例1的薄膜制备完成后，薄膜的结构SEM图；
图2为实施例1表面绝缘性能测试效果图，其中(a)为有(无)薄膜绝缘子表面电位(上)和表面电荷(下)分布图；(b)为薄膜中电荷迁移示意图；(c)为体积电阻率数据统计图；(d)为沿面闪络电压数据统计图；
图3为实施例1制备的薄膜导热性能分析图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本申请实施例中提供了一种导热绝缘材料，所述材料包括基材和薄膜，所述基材为绝缘聚合物；所述薄膜为氮化硼纳米片薄膜，所述氮化硼纳米片薄膜是在所述绝缘聚合物表面经氮化硼分子通过化学方法自动组装形成的片层状结构。
在本申请实施例中，所述薄膜的厚度为0.1μm至100μm。
本申请实施例中还提供了一种提升材料绝缘及导热性能的方法，包括以下步骤：
1)将氮化硼纳米片在水中分散均匀，制成悬浊液；
2)向所述悬浊液中加入聚乙烯醇，分散均匀后加入戊二醛和盐酸，分散均匀，得到混合液；
3)将基材表面进行亲水性处理，之后将所述基材浸渍于所述混合液中。
可选地，所述提升材料绝缘及导热性能的方法由上述步骤组成。
在本申请实施例中，上述该方法可用于制备上述导热绝缘材料。
在本申请实施例中，所述亲水性处理为使用等离子体发生装置对所述基材表面进行改性处理；
在本申请实施例中，所述亲水性处理包括以下操作：
a)使用变压器及低温等离子体源发生等离子体，所述等离子体发生装置使用的激发气体选自氩气、空气或氮气中的任意一种或更多种，可选地，所述激发气体流量为5L/min至20L/min。
b)将基材置于距等离子体出口1cm至10cm处，对基材表面进行处理5s至60s。以在基材表面滴水后憎水角小于90度为结束标志。
在本申请实施例中，所述氮化硼纳米片、水、聚乙烯醇、戊二醛和盐酸的重量比为(1至5):(20至1000):(0.5至10):(0.05至0.2):(0.1至1)。
在本申请实施例中，所述基材选自环氧树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、酚醛树脂和硅橡胶中的任意一种或更多种；
在本申请实施例中，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、溴化双酚A型环氧树脂和酚醛型环氧树脂中的任意一种或更多种。
在本申请实施例中，所述氮化硼纳米片的尺寸为厚为10nm至50nm，粒径为100nm至1000nm。
在本申请实施例中，步骤1)中所述在水中分散均匀包括使用搅拌机搅拌。
在本申请实施例中，所述搅拌的转速为50r/min至2000r/min，搅拌时间为2min至20min。
在本申请实施例中，步骤2)中所述悬浊液先升温至80℃至95℃，再加入所述聚乙烯醇，并在该温度下进行第一次分散，然后冷却至室温；加入所述戊二醛和盐酸后进行第二次分散；
在本申请实施例中，所述第一次分散和第二次分散为搅拌分散，所述搅拌分散的搅拌转数为50r/min至2000r/min，所述分散时间为2min至60min。
在本申请实施例中，所述基材多次浸渍于所述混合液中；可选地，所述浸渍的次数为5次至30次；
在本申请实施例中，所述基材在所述混合液中浸渍的时间为5s至30s，所述基材拿出所述混合液后进行烘干，优选地，所述烘干温度为40℃至80℃，所述烘干时间为0.5h至3h。
实施例1
在本实施例中，氮化硼纳米片购自先丰纳米材料科技有限公司，型号XFBN03-1，厚度约30nm，片径100nm至400nm，；聚乙烯醇中购自国药集团化学试剂有限公司，30153160；戊二醛购自国药集团化学试剂有限公司，30092436牌号，盐酸为36％至38％的盐酸，购自北京市通广精细化工公司，81013牌号；环氧树脂为双酚A型环氧树脂，购自上海雄润树脂有限公司，牌号HS-4861A，固化剂牌号HS-4863B；
(1)200ml去离子水与2g氮化硼纳米片混合后，用高速搅拌机以1000r/min的转速分散5min，得到分散均匀的悬浊液。
(2)将悬浊液升温至90℃，加入2g聚乙烯醇，在90℃下用高速搅拌机以2000r/min转速分散30min进行第一次分散，冷却至室温。
(3)加入戊二醛0.2g，盐酸0.7g，室温下用高速搅拌机以1000r/min的转速分散5min进行第二次分散，得到分散均匀的混合溶液。
(4)拿出需要涂覆薄膜的绝缘材料(环氧树脂)，用DBD等离子体对其表面处理以增加其表面亲水性，具体处理方法如下：
a)用氩气作为激发气体，气流量为15L/min。
b)将基材置于距等离子体出口5cm处，对基材表面进行处理60s。此时环氧树脂表面的憎水角小于90°。
然后将基材垂直浸渍于第三步得到的混合溶液20秒，再垂直放在60℃的恒温干燥箱中30min。然后再旋转180°进行浸渍并烘干。这样的浸渍烘干处理进行10次，最终在环氧树脂表面形成厚度约2微米的薄膜。
实施例2
本实施例中，取氮化硼纳米片2g，聚乙烯醇1g(既氮化硼纳米片与聚乙烯醇质量比为2:1)，其余过程均与实施例1相同。
实施例3
本实施例中，取氮化硼纳米片2g，聚乙烯醇4g(既氮化硼纳米片与聚乙烯醇质量比为1:2)，其余过程均与实施例1相同。
实施例4
本实施例中，将绝缘基材换为聚四氟乙烯(平高集团提供，与该集团在电缆中实际使用聚四氟乙烯一致)，其余过程与实施例1相同。
实施例5
本实施例中，将绝缘基材换为硅橡胶(平高集团提供，与该集团应用在实际挂网运行的硅橡胶绝缘子一致)，其余过程与实施例1相同。
对比例1
在本对比例中，取消等离子体表面亲水处理的过程，其余过程均与实施例1相同。
对比例2
在本对比例中，仅仅对基材用等离子体进行表面亲水处理，不涂覆薄膜，其余过程均与实施例1相同。
对比例3
在本对比例中，对基材不进行任何处理，其余过程均与实施例1相同。
对比例4
本实施例中，用蒙脱土替换氮化硼纳米片，其余过程均与实施例1相同。
对比例5
本实施例中，用石墨烯替换氮化硼纳米片，其余过程均与实施例1相同。
对比例6
本实施例中，用微波等离子体，采用微波作为激发源，其余过程均与实施例1相同。
对比例7
本对比例中，将绝缘基材换为聚四氟乙烯，并且不涂覆薄膜，其余过程均与实施例1相同。
对比例8
本对比例中，将绝缘基材换为硅橡胶，并且不涂覆薄膜，其余过程均与实施例1相同。
测试例
按照下文所描述的测试方法，测试实施例与对比例制备材料的表面电荷最高密度、50％沿面闪络电压及加热运行最高温度等绝缘及散热方面的主要性能指标。
表面电荷密度测试及沿面闪络电压测试用清华大学电机系气体放电与等离子体实验室搭建的缩比GIL测量平台对锥型绝缘子进行充电。为了控制温度和湿度对表面电荷的影响，实验过程中始终维持环境温度在20℃，并将腔体抽真空后充入0.1Mpa的SF6气体。用高压直流电源产生-20kV电压，并持续加压60min后对表面电位进行测量。对绝缘子加压充电后，通过测量平台的四轴驱动***，控制绝缘子及静电探头的运动，将绝缘子表面以螺旋形轨迹扫描一遍得到绝缘子表面电位分布。整个测量过程中，探头始终垂直于绝缘子表面且距离保持在2mm。测量采样点数N为15840(44×360)，即沿半径方向每1mm，沿圆周方向每1°采样一次。测量完成后得到的是绝缘子表面电位U的分布情况，绝缘子表面电荷Q分布情况需要用一种电荷反算法得出，具体的实验流程及反算算法可以参考文献Boya Zhang,Wenqiang Gao,Zhe Qi,etc.Inversion Algorithm to Calculate Charge Density onSolid Dielectric Surface Based on Surface Potential Measurement[J].IEEETRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT,2017,66(12):3316-3326.然后即可得到绝缘子表面电荷分布并可进一步获得表面电荷最高密度的数值。沿面闪络电压试验用上述缩比GIL模型加正压，升压速率为0.5kV/S，直到闪络发生。每种样品测量三十次取平均值作为沿面闪络电压的数值。
热学试验是在上述材料上方放置一个15W的LED灯片，下方放置一个散热器。运行180s后，用红外热像仪对材料表面进行观测，找到温度最高的地方即作为加热运行最高温度的数值。
根据表1的实验结果，将实施例2、3与实施例1对比，可知当氮化硼纳米片与聚乙烯醇质量比分别为2:1或1:2时，比起1:1的质量比，绝缘材料表面积聚了更多的电荷，这导致了沿面闪络电压的降低，并且导热性能也有所下降，说明实施例1中氮化硼纳米片与聚乙烯醇质量比为1:1为最佳比例。将实施例4和对比例7，实施例5和对比例8分别进行对比，可以发现无论基材是聚四氟乙烯还是硅橡胶，在其表面涂覆薄膜后都能有效的起到提升基材的绝缘和散热的效果，说明该薄膜对绝缘聚合物具有普适性。将对比例4、对比例5与实施例1对比，可知同样是片层状的蒙脱土，无法起到与氮化硼相同的绝缘强度，并且散热性能要远低于氮化硼纳米片。石墨烯虽然能快速的疏散电荷积聚且散热性能良好，但由于石墨烯是导体，因此不能用作绝缘***中的材料。说明实施例1中用氮化硼纳米为基础片制备的薄膜具有最佳的提升材料绝缘和散热的效果。将对比例6与实施例1对比，可知用微波等离子体无法使得绝缘材料表面更加亲水，使得薄膜能通过浸渍烘干的方式附着的绝缘材料表面。说明实施例1中的DBD等离子体处理是让绝缘子表面亲水进而让薄膜很好的附着在绝缘材料表面的最佳方式。将对比例1与实施例1对比，发现如果不进行亲水性处理，那么薄膜将无法附着在绝缘材料表面。将对比例2与实施例1对比，发现如果只进行实施例1中的处理不涂覆薄膜，热学和绝缘性能仍远达不到实施例1的效果。将对比例3与实施例1对比，发现通过实施例1的处理，能显著提升绝缘材料的绝缘性能和散热性能。
表1实施例和对比例材料表面电荷最高密度，沿面闪络电压及加热运行温度
Figure BDA0002886387050000091
实施例1的薄膜制备完成后，对薄膜的结构用扫描电子显微镜(SEM)拍摄如图1所示。然后对该薄膜的性能进行分析，首先将该薄膜涂覆环氧树脂表面并测试其对于绝缘性能的提升，实验结果如图2所示。表面电荷分布及沿面闪络电压实验方法见测试例，电阻率实验方法为用Keithley 6517B和标配的8009三电极测试盒测量试样的体积电阻率及表面电阻率。并将实施例1制得的样品和测试盒放在20℃下测量试样的体积电阻率。
根据图2中(a)、图2中(b)和图2中(c)的实验结果可以看出，该薄膜可以有效的促进绝缘子表面电荷的消散，同时不影响绝缘子本体的绝缘性能。这主要得益于该薄膜的层状结构及氮化硼纳米片自身优异的绝缘性能，可以使得电荷沿着切向方向消散。根据图2中(d)的实验结果，可以发现涂覆图层后，绝缘子的沿面闪络电压有了显著的提升(约20％)，这都说明了该薄膜可以显著的提升电气设备中绝缘子的绝缘性能。
对实施例1制备的薄膜的导热性能进行分析，实验结果如图3所示：
将该薄膜与目前运用在CPU上的导热硅脂进行对比，发现该薄膜的导热性能要好于目前使用的导热硅脂(购自日本信越公司，7921牌号)。这主要因为氮化硼纳米片优异的导热性能及这种片层状结构形成的良好的导热通路，使得热量能沿着导热通路进行快速的传递并消散。
综上，本申请提出了一种新型的薄膜，该薄膜的片层状结构可以很好的起到提升绝缘性能和传导热的效果，可以用来提升电气及电子设备中绝缘子的绝缘性能及导热性能。同时本申请还提出了一套制备该薄膜的行之有效的方法。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种导热绝缘材料，所述材料包括基材和薄膜，所述基材为绝缘聚合物；所述薄膜为氮化硼纳米片薄膜，所述氮化硼纳米片薄膜是在所述绝缘聚合物表面经氮化硼分子自组装形成的片层状结构。
2.根据权利要求1所述的导热绝缘材料，其中，所述薄膜的厚度为0.1μm至100μm。
3.一种提升材料绝缘及导热性能的方法，包括以下步骤：
1)将氮化硼纳米片在水中分散均匀，制成悬浊液；
2)向所述悬浊液中加入聚乙烯醇，分散均匀后加入戊二醛和盐酸，分散均匀，得到混合液；
3)将基材表面进行亲水性处理，之后将所述基材浸渍于所述混合液中。
4.根据权利要求3所述的提升材料绝缘及导热性能的方法，其中，所述亲水性处理为使用低温等离子体发生装置对所述基材表面进行改性处理；可选地，包括以下操作：
a)使用变压器及低温等离子体源发生等离子体，所述等离子体发生装置使用的激发气体选自氩气、空气或氮气中的任意一种或更多种，可选地，所述激发气体流量为5L/min至20L/min；
b)将基材置于距等离子体出口1cm至10cm处，对基材表面进行处理5s至60s；以在基材表面滴水后憎水角小于90度为结束标志。
5.根据权利要求3所述的提升材料绝缘及导热性能的方法，其中，所述氮化硼纳米片、水、聚乙烯醇、戊二醛和盐酸的重量比为(1至5):(20至1000):(0.5至10):(0.05至0.2):(0.1至1)。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的提升材料绝缘及导热性能的方法，其中，所述基材选自环氧树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、酚醛树脂和硅橡胶中的任意一种或更多种；
可选地，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、溴化双酚A型环氧树脂和酚醛型环氧树脂中的任意一种或更多种。
7.根据权利要求3至5中任一项所述的提升材料绝缘及导热性能的方法，其中，所述氮化硼纳米片的尺寸为厚为10nm至50nm，粒径为100nm至1000nm。
8.根据权利要求3至5中任一项所述的提升材料绝缘及导热性能的方法，其中，步骤1)中所述在水中分散均匀包括使用搅拌机搅拌；
可选地，所述搅拌的转速为50r/min至2000r/min，搅拌时间为2min至20min。
9.根据权利要求3至5中任一项所述的提升材料绝缘及导热性能的方法，其中，步骤2)中所述悬浊液先升温至80℃至95℃，再加入所述聚乙烯醇，并在该温度下进行第一次分散，然后冷却至室温；加入所述戊二醛和盐酸后进行第二次分散；
可选地，所述第一次分散和第二次分散为搅拌分散，所述搅拌分散的搅拌转数为50r/min至2000r/min，所述分散时间为2min至60min。
10.根据权利要求9所述的提升材料绝缘及导热性能的方法，其中，所述基材多次浸渍于所述混合液中；可选地，所述浸渍的次数为5次至30次；
可选地，所述基材在所述混合液中浸渍的时间为5s至30s，所述基材拿出所述混合液后进行烘干，优选地，所述烘干温度为40℃至80℃，所述烘干时间为0.5h至3h。
CN202110014466.7A 2021-01-06 2021-01-06 一种导热绝缘材料及提升材料绝缘及导热性能的方法 Active CN112759782B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110014466.7A CN112759782B (zh) 2021-01-06 2021-01-06 一种导热绝缘材料及提升材料绝缘及导热性能的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110014466.7A CN112759782B (zh) 2021-01-06 2021-01-06 一种导热绝缘材料及提升材料绝缘及导热性能的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112759782A true CN112759782A (zh) 2021-05-07
CN112759782B CN112759782B (zh) 2022-03-25

Family

ID=75701504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110014466.7A Active CN112759782B (zh) 2021-01-06 2021-01-06 一种导热绝缘材料及提升材料绝缘及导热性能的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112759782B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114163673A (zh) * 2021-12-14 2022-03-11 广东思泉新材料股份有限公司 一种低介电高导热界面膜及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109401466A (zh) * 2018-10-10 2019-03-01 西安交通大学 一种抑制环氧树脂表面电荷积聚的纳米涂层及制备方法
CN110922719A (zh) * 2019-11-22 2020-03-27 中南大学 高导热氮化硼/环氧树脂复合材料及其制备方法与应用
CN112111995A (zh) * 2020-09-17 2020-12-22 西安交通大学 一种蒙脱土改性变压器绝缘纸的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109401466A (zh) * 2018-10-10 2019-03-01 西安交通大学 一种抑制环氧树脂表面电荷积聚的纳米涂层及制备方法
CN110922719A (zh) * 2019-11-22 2020-03-27 中南大学 高导热氮化硼/环氧树脂复合材料及其制备方法与应用
CN112111995A (zh) * 2020-09-17 2020-12-22 西安交通大学 一种蒙脱土改性变压器绝缘纸的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TIANYU WANG ET AL.: "Oriented Boron Nitride Nanosheet Films for Thermal Management and Electrical Insulation in Electrical and Electronic Equipment", 《ACS APPL. NANO MATER》 *
周文英等主编: "《导热高分子材料》", 30 April 2014, 国防工业出版社 *
易鸣明: "高导热绝缘热界面材料的研究", 《万方学位论文》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114163673A (zh) * 2021-12-14 2022-03-11 广东思泉新材料股份有限公司 一种低介电高导热界面膜及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112759782B (zh) 2022-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhou et al. Thermoplastic polypropylene/aluminum nitride nanocomposites with enhanced thermal conductivity and low dielectric loss
KR101274975B1 (ko) 열전도성 중공형 입자체를 포함하는 열전도성 복합재 및 이의 제조방법
CN111909490B (zh) 环氧树脂复合材料及其制备方法
CN110804269B (zh) 一种基于液态金属的导热导电薄膜及其制备方法、应用
Nazir et al. Tracking, erosion and thermal distribution of micro‐AlN+ nano‐SiO2 co‐filled silicone rubber for high‐voltage outdoor insulation
Kim et al. Magnetic filler alignment of paramagnetic Fe3O4 coated SiC/epoxy composite for thermal conductivity improvement
CN108093501A (zh) 适用于动力电池包的石墨烯加热膜和石墨烯加热膜组件
CN112759782B (zh) 一种导热绝缘材料及提升材料绝缘及导热性能的方法
Li et al. High-performance epoxy resin/silica coated flake graphite composites for thermal conductivity and electrical insulation
CN106543728A (zh) 一种石墨烯有机硅橡胶复合材料及其制备方法
Bhutta et al. Development of novel hybrid 2D-3D graphene oxide diamond micro composite polyimide films to ameliorate electrical & thermal conduction
CN111355402A (zh) 一种高输出自愈型单电极式摩擦纳米发电机及其制备方法
Chen et al. Enhanced thermal and dielectric performance of epoxy resin/aluminum nitride nanocomposites at high temperatures
Nazir et al. Enhanced dielectric and thermal performance by fabricating coalesced network of alumina trihydrate/boron nitride in silicone rubber for electrical insulation
Wang et al. Wide Bandgap nanocoatings for polymer dielectric with outstanding electrical strength
Liu et al. Simultaneous optimization of the surface hydrophobicity and surface charge distribution of insulating materials
Hosier et al. The effects of water on the dielectric properties of aluminum-based nanocomposites
Shen et al. A fabrication method for adaptive dielectric gradient insulating components
Yao et al. Hydroxyl-group decreased dielectric loss coupled with 3D-BN network enhanced high thermal conductivity epoxy composite for high voltage-high frequency conditions
Lv et al. Enhanced Aramid/Al2O3 interfacial properties by PDDA modification for the preparation of composite insulating paper
Ryu et al. Magnetic alignment of electrochemically exfoliated graphite in epoxy as a thermal interface material with high through-plane thermal conductivity
Fu et al. Dielectric Properties and 3D‐Printing Feasibility of UV‐Curable Resin/Micron Ceramic Filler Composites
Sangermano et al. Electrically insulating polymeric nanocomposites with enhanced thermal conductivity by visible‐light curing of epoxy–boron nitride nanotube formulations
CN110283515A (zh) 一种环氧基复合材料深陷阱涂层及应用
CN111058071A (zh) 一种提高无机金属材料和高分子聚合物之间界面热传导的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant