一种兼具导热和抗静电特性的环氧树脂复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于功能高分子复合材料领域，更具体地，涉及一种兼具导热和抗静电特 性的金属纳米颗粒改性碳纳米管-环氧树脂复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 因静电引起的集成电路元器件损害是电子电器产品使用过程中面临的严重问题。 为防止灾害和提高电子电器产品的可靠性，电子元器件封装过程中的抗静电处理成为必要 环节。其中，采用抗静电封装材料是一种简单有效的手段。改善聚合物抗静电特性的通常 方法是向聚合物中添加炭黑、碳纤维、金属粉、抗静电剂等填料以降低聚合物的体积或表面 电阻。但添加上述填料势必损害聚合物的力学性能。
[0003] 另一方面，随着电子电器产品的快速发展和制造工艺水平的不断进步，集成电路 越来越高集成化和小型化，其带来的散热和安全问题为电子封装材料提出了更大的挑战。 塑料封装材料，特别是环氧树脂在电子封装材料中用量最大、发展最快。添加高导热系数的 无机填料可以提高环氧树脂的导热性能。但金属颗粒或短长径比的晶须填料仅在高填充量 时才能发挥出好的导热效果。然而，高填充量的填料将劣化环氧树脂的加工特性和力学强 度。更重要的是，高填充量的金属粒子必将使环氧树脂成为导电材料，无法满足电子封装的 绝缘性能要求。碳纳米管因优异的力学和导热性能成为聚合物复合材料的理想填料，近年 来已成功地被用于导热绝缘复合材料中。为改善在聚合物基体中的分散、降低其与聚合物 基体的界面热阻，充分发挥出碳纳米管的导热特性，发明人曾采用聚合物或无机导热填料 对碳纳米管进行了表面改性，改性的碳纳米管显著提高了聚合物材料的热导率。但聚合物 或无机导热填料对碳纳米管的表面改性并不能赋予聚合物材料抗静电特性。
【发明内容】
[0004] 针对现有聚合物/碳纳米管导热复合材料抗静电性能差的缺陷，本发明提供一种 兼具导热和抗静电特性的环氧树脂复合材料及其制备方法。
[0005] 一种兼具导热和抗静电特性的环氧树脂复合材料，其特征在于，该环氧树脂复合 材料包括环氧树脂组分和均匀填充在环氧树脂组分中的碳纳米管组分；此外，所述碳纳米 管组分由碳纳米管和包裹在其外壁的金属纳米颗粒共同组成，并且它在整个复合材料中的 重量百分比为0. 5wt%~5wt%。其中，金属纳米颗粒选自铜、银、镍或钴。
[0006] -种兼具导热和抗静电特性的环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，该制 备方法包括以下步骤：
[0007] (a)将碳纳米管进行敏化、活化处理后，在该碳纳米管的外表面包裹形成选自铜、 银、镍或钴的金属纳米颗粒，由此制得金属纳米颗粒改性的碳纳米管；
[0008] (b)将步骤（a)所制得的金属纳米颗粒改性的碳纳米管均匀分散在环氧树脂中， 由此制得环氧树脂/碳纳米管分散液；
[0009] (c)对步骤（b)所制得的环氧树脂/碳纳米管分散液执行固化处理，分别在低温固 化和高温固化过程，制得兼具导热和抗静电特性的环氧树脂复合材料。其中，低温固化和高 温固化的过程为：首先使分散液在60°C~100°C的条件下低温预固化0. 5小时~3小时，接 着使分散液在140°C~180°C的条件下高温固化4小时~8小时，由此获得所需的环氧树脂 复合材料，并且此环氧树脂复合材料兼具导热和抗静电的特性。
[0010] 其中，在步骤（a)中，用化学镀的方法将金属纳米颗粒包裹在碳纳米管的外表面。
[0011] 在步骤（a)中，所述碳纳米管为多壁碳纳米管或单壁碳纳米管，并且其长径比优 选被设定为不小于3000。
[0012] 在步骤（b)中，所述环氧树脂为双酚A型或者双酚F型环氧树脂，并且金属纳米颗 粒包覆改性的碳纳米管在复合材料中的添加量优选被设定为0. 5~5wt%。
[0013] 在步骤（b)中，将金属纳米颗粒改性的碳纳米管均匀分散在环氧树脂中的具体过 程优选如下：利用超声波辅助分散和高速搅拌手段将金属纳米颗粒改性的碳纳米管均匀分 散在环氧树脂中；分散温度为20 °C，高速搅拌的转速为1600转/分钟-2000转/分钟。分散 搅拌步骤更进一步优选为20°C下，将金属改性的碳纳米管和环氧树脂加入到有机溶剂中， 超声分散2小时后除去有机溶剂，然后在1600转/分钟转速下搅拌4分钟，2000转/分钟 转速下搅拌2分钟，并循环搅拌两次。
[0014] 在步骤（c)中，优选使用固化剂进行固化处理，所述固化剂优选咪唑类固化剂或 酸酐类固化剂，为2-乙基咪唑、2-乙基4-甲基咪唑、2-i^一烷基咪唑、2-苯基咪唑、甲基六 氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、邻苯二甲酸酐、均苯四甲酸酐中的一种或二种； 其中咪唑类固化剂加入量与环氧树脂比为2g/100g~10g/100g，酸酐类固化剂加入量与环 氧树脂比例为60g/100g~100g/100g。
[0015] 本发明的优越性在于：
[0016] (1)本发明提供的兼具导热和抗静电特性的环氧树脂复合材料，金属纳米颗粒包 覆的碳纳米管兼具导热和抗静电填料的作用，导热抗静电填料用量少；且金属纳米颗粒包 覆碳纳米管在环氧树脂基体中分散均匀。
[0017] (2)本发明提供的复合材料的导热和抗静电性能优，且具有高长径比特性的碳纳 米管能提供环氧树脂的力学强度。
[0018] (3)本发明提供的兼具导热和抗静电特性的环氧树脂复合材料，可应用电子封装 材料或其它热界面材料，大幅度改善电子元器件的散热性能和抗静电特性，延缓电子元器 件的热老化、消除静电灾害，从而延长电子电器产品的使用寿命。
[0019] (4)本发明提供的兼具导热和抗静电特性的环氧树脂复合材料的制备方法步骤简 单，反应条件温和，适合工业大规模生产。
[0020] 本发明提供的兼具导热和抗静电特性的环氧树脂复合材料是一种高性能功能高 分子复合材料，在高效热界面材料方面有很高应用价值，尤其适于电子封装材料领域，如集 成电路封装等。
【附图说明】
[0021] 图1是实施例1中兼具导热和抗静电特性的环氧树脂复合材料脆断表面的扫描电 镜照片；
[0022]图2是未改性碳纳米管（lwt% )填充环氧树脂复合材料脆断表面的扫描电镜照 片；
[0023]图3是实施例12中兼具导热和抗静电特性的环氧树脂复合材料脆断表面的扫描 电镜照片；
[0024]图4是实施例13中兼具导热和抗静电特性的环氧树脂复合材料脆断表面的扫描 电镜照片。
【具体实施方式】
[0025] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0026] 以下为实施例：
[0027] 实施例1
[0028] 一种兼具导热和抗静电特性的环氧树脂复合材料，包括铜纳米颗粒包覆改性的碳 纳米管和环氧树脂，改性的碳纳米管均匀分散在双酚F型环氧树脂（型号为YDF-165)固化 成型而得。碳纳米管为长径比大于3000的多壁碳纳米管，铜纳米颗粒包覆改性的碳纳米管 在环氧树脂复合材料中的添加量为lwt%。
[0029] 上述兼具导热和抗静电特性的环氧树脂复合材料，其制备过程如下：
[0030] 将长径比大于3000的多壁碳纳米管（MWNT)进行敏化、活化处理后，采用化学镀将 金属铜纳米颗粒包覆在碳纳米管表面，制得铜纳米颗粒改性的碳纳米管（CuOMWNT)。利用超 声波辅助分散和高速搅拌手段将CuOMWNT均匀分散在YDF-165型环氧树脂中，制得环氧树 脂/碳纳米管（EP/CNT)分散液；分散条件为：20°C下，将CuOMWNT和YDF-165型环氧树脂 加入到丙酮中（CuOMWNT与YDF-165型环氧树脂的质量比为1. 07:100)，超声分散2小时后 旋蒸除去丙酮溶剂，然后在1600转/分钟转速下搅拌4分钟、2000转/分钟转速下搅拌2 分钟，并循环搅拌两次。向EP/CNT分散液中加入2-乙基-4-甲基咪唑固化剂（固化剂与 YDF-165型环氧树脂质量比为6:100)，均匀混合并真空脱出气泡，制得环氧树脂/改性碳 纳米管复合分散液。将环氧树脂/改性碳纳米管复合分散液在60°C预固化2小时，然后在 150°C高温固化8小时，制得兼具导热