本发明公开了一种led线路板用导热绝缘涂料的制备方法，属于新能源用高分子材料技术领域。
背景技术
随着电子设备不断将更多功能集成到更小组件中，电子器件的散热变得越来越重要。统计数据表明，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10%，温升50℃时的寿命只有温升25℃时的1/6。这就需要设计人员考虑采用先进的散热工艺和选用优异的散热材料来保证设备在所能承受的最高温度内正常工作。
在线路板行业中，随着led产业的兴起，导热方面的研究迅速增长，但主要集中于胶黏剂方面，此类胶黏剂主要应用于制备导热金属基板。在导热涂料方面，虽然陆续有报道，但几乎没有在led生产上得到应用。随着led造型的多样化发展，对适用于3d设计的线路板提出了新的要求。传统陶瓷基板、导热铝基板在耐折性方面不能满足要求，挠性fpc在立体定型及导热方面不能满足要求。目前虽然3dled灯具产品已经市场化，但生产厂家一直在寻找更合适的材料和设计新型工艺来优化生产。随着溅射技术的成熟和应用，直接在导热涂层上制造线路的思路被开发者提出，这样能够避免在金属或陶瓷基线路板生产中重复弯折产生断裂的问题，还能满足散热方面的要求。目前传统的导热绝缘涂料还存在漆膜强度不佳，导热性能和绝缘性能无法进一步提高的问题，因此还需对其进行进一步研究。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是：针对传统导热绝缘涂料漆膜强度不佳，导热性能和绝缘性能无法进一步提高的问题，提供了一种led线路板用导热绝缘涂料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）将纳米氧化镁与甲苯按质量比1：40～1：50混合，超声分散后，得氧化镁分散液，将氧化镁分散液与乙醇按质量比42：1～45：1混合，并加入乙醇质量0.1～0.2倍的硅烷偶联剂kh-560，搅拌反应后，过滤，洗涤，真空干燥，得预处理纳米氧化镁；
（2）将预处理纳米氧化镁与甲苯按质量比1：40～1：45混合，超声分散，并加入预处理纳米氧化镁质量1.2～1.5倍的酸化碳纤维，预处理纳米氧化镁质量0.1～0.2倍的引发剂和预处理纳米氧化镁质量0.2～0.3倍的甲基丙烯酸甲酯，搅拌混合后，过滤，洗涤，真空干燥，得填料；
（3）将纳米氮化硅与乙烯基三乙氧基硅烷按质量比1：15～1：18混合，并加入纳米氮化硅质量40～45倍的无水乙醇，超声分散，得氮化硅分散液，将氮化硅分散液与氨水按质量比10：1～15：1混合，并离心处理，得预处理氮化硅坯料，将预处理添加剂于索氏提取器中洗涤，真空干燥，得预处理氮化硅；
（4）将预处理氮化硅与乙酸乙酯按质量比1：5混合，并加入预处理氮化硅质量15～20倍的乙醇和预处理氮化硅质量0.2～0.3倍的过氧化苯甲酰，搅拌混合后，得氮化硅混合物，将氮化硅混合物与甲醇按质量比2：1～3：1混合，并加入氮化硅混合物质量0.08～0.12倍的氢氧化钠，搅拌醇解后，离心洗涤，得改性氮化硅；
（5）按重量份数计，依次称取45～55份环氧树脂，50～65份混合溶剂，15～20份填料，10～15份改性氮化硅，3～5份硅烷偶联剂，10～12份纳米氧化铝和5～6份分散剂，将环氧树脂与混合溶剂混合，并加入填料，改性氮化硅，硅烷偶联剂，纳米氧化铝和分散剂，搅拌混合后，过筛，得led线路板用导热绝缘涂料。
步骤（2）所述酸化碳纤维的制备方法为将质量分数为70～80%的硫酸与质量分数为70～80%的硝酸按体积比1：1混合，得混合酸液，将碳纤维与混合酸液按质量比1：3～1：4混合浸泡，过滤，水洗，干燥，粉碎过300目筛，得预处理酸化碳纤维，将预处理酸化碳纤维与γ-氨丙基三乙氧基硅烷按质量比8：1～10：1混合，并加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷质量30～35倍的乙醇和γ-氨丙基三乙氧基硅烷质量1～2倍的硅烷偶联剂kh-550，于氮气氛围下搅拌反应后，过滤，洗涤，真空干燥，得酸化碳纤维。
步骤（2）所述引发剂为过氧化钠，过氧化铵或过氧化苯甲酰中任意一种。
步骤（5）所述环氧树脂为环氧树脂e-44或环氧树脂e-51中任意一种。
步骤（5）所述混合溶剂为将乙酸乙酯与丁酮按质量比1：2～1：3混合，得混合溶剂。
步骤（5）所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh-550，硅烷偶联剂kh-560或硅烷偶联剂kh-570中任意一种。
步骤（5）所述纳米氧化铝为将球状纳米氧化铝与片状纳米氧化铝按质量比1：1混合，得纳米氧化铝。
步骤（5）所述分散剂为分散剂nno，分散剂mf或分散剂5040中任意一种。
本发明的有益效果是：
（1）本发明在制备led线路板用导热绝缘涂料时加入填料，首先，填料中使用碳纤维，在加入产品中后可与产品中的氧化铝形成导热通路，从而使产品的导热性提高，并且由于碳纤维周围被氧化铝，改性氮化硅和环氧树脂覆盖，使碳纤维的导电性无法表现，从而使产品的绝缘性能提高，其次，填料中的碳纤维在经过处理后表面接枝有氧化镁，并且，在后续处理中碳纤维表面还接枝了部分甲基丙烯酸甲酯，从而在填料加入产品中后，填料可均匀分布于产品中，并且使产品的导热性和绝缘性能进一步提高，并且由于接枝了甲基丙烯酸甲酯的碳纤维存在，可与环氧树脂发生一定程度的分子链缠绕，从而使产品使用后的漆膜强度提高；
（2）本发明在制备led线路板用导热绝缘涂料时加入改性氮化硅，氮化硅在经过改性后表面接枝了乙酸乙烯酯，在加入产品中后，可使氮化硅均匀分布于产品之中，从而使产品的导热性提高，并且在产品使用后，随着溶剂的蒸发，可将改性氮化硅迁移至产品表面，从而使产品的接触热阻减少，并且一定程度上屏蔽碳纤维的导电性，进而使产品的导热性和绝缘性进一步提高。
具体实施方式
将质量分数为70～80%的硫酸与质量分数为70～80%的硝酸按体积比1：1混合，于温度为25～35℃，转速为200～300r/min的条件下，搅拌混合10～15min后，得混合酸液，将碳纤维与混合酸液按质量比1：3～1：4混合，于温度为50～65℃的条件下浸泡3～4h后，过滤，得滤渣，将滤渣用去离子水洗涤5～8次后，于温度为50～60℃的条件下干燥30～50min，并将干燥后的滤渣粉碎过300目筛，得预处理酸化碳纤维，将预处理酸化碳纤维与γ-氨丙基三乙氧基硅烷按质量比8：1～10：1混合于三口烧瓶中，并向三口烧瓶中加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷质量30～35倍的乙醇和γ-氨丙基三乙氧基硅烷质量1～2倍的硅烷偶联剂kh-550，同时向三口烧瓶中以8～18ml/min的速率通入氮气，于温度为70～90℃，转速为200～400r/min的条件下，搅拌混合4～5h后，过滤，得酸化碳纤维坯料，将酸化碳纤维坯料用无水乙醇洗涤5～8次后，真空干燥，得酸化碳纤维；将纳米氧化镁与甲苯按质量比1：40～1：50混合，于频率为45～55khz的条件下超声分散15～25min后，得氧化镁分散液，将氧化镁分散液与乙醇按质量比42：1～45：1混合，并向氧化镁分散液与乙醇的混合物中加入乙醇质量0.1～0.2倍的硅烷偶联剂kh-560，于温度为80～85℃，转速为250～350r/min的条件下，搅拌反应6～7h后，过滤，得滤饼，将滤饼用去离子水洗涤5～6次后，真空干燥，得预处理纳米氧化镁；将预处理纳米氧化镁与甲苯按质量比1：40～1：45混合，于频率为45～55khz的条件下超声分散15～25min后，并向预处理纳米氧化镁与甲苯的混合物中加入预处理纳米氧化镁质量1.2～1.5倍的酸化碳纤维，预处理纳米氧化镁质量0.1～0.2倍的引发剂和预处理纳米氧化镁质量0.2～0.3倍的甲基丙烯酸甲酯，于温度为100～105℃，转速200～300r/min的条件下搅拌反应7～8h后，过滤，得填料坯料，将填料坯料用无水乙醇洗涤4～6次后，真空干燥，得填料；将纳米氮化硅与乙烯基三乙氧基硅烷按质量比1：15～1：18混合于烧杯中，并向烧杯中加入纳米氮化硅质量40～45倍的无水乙醇，于功率为400～500w的条件下超声分散20～25min后，得氮化硅分散液，将氮化硅分散液与质量分数25～28%的氨水按质量比10：1～15：1混合，于温度为40～50℃，转速为250～350r/min的条件下，搅拌混合40～45h后，并于7000r/min的条件下离心处理3次，得预处理氮化硅坯料，将预处理添加剂于索氏提取器中洗涤40～50h，并于40℃的条件下真空干燥20～24h，得预处理氮化硅；将预处理氮化硅与乙酸乙酯按质量比1：5混合于烧瓶中，并加向烧瓶中入预处理氮化硅质量15～20倍的乙醇和预处理氮化硅质量0.2～0.3倍的过氧化苯甲酰，于温度为65～70℃，转速为300～350r/min的条件下搅拌混合4～5h后，得氮化硅混合物，将氮化硅混合物与甲醇按质量比2：1～3：1混合于锥形瓶中，并向锥形瓶中加入氮化硅混合物质量0.08～0.12倍的氢氧化钠，于温度为70～75℃，转速为250～320r/min的条件下搅拌醇解1～2h后，离心洗涤3～4次，得改性氮化硅；按重量份数计，依次称取45～55份环氧树脂，50～65份混合溶剂，15～20份填料，10～15份改性氮化硅，3～5份硅烷偶联剂，10～12份纳米氧化铝和5～6份分散剂，将环氧树脂与混合溶剂混合于搅拌机中，并向搅拌机中加入填料，改性氮化硅，硅烷偶联剂，纳米氧化铝和分散剂，于温度为40～55℃，转速为300～400r/min的条件下搅拌混合30～40min后，得坯料，将坯料研磨过250目筛，得led线路板用导热绝缘涂料。所述引发剂为过氧化钠，过氧化铵或过氧化苯甲酰中任意一种。所述环氧树脂为环氧树脂e-44或环氧树脂e-51中任意一种。所述混合溶剂为将乙酸乙酯与丁酮按质量比1：2～1：3混合，得混合溶剂。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh-550，硅烷偶联剂kh-560或硅烷偶联剂kh-570中任意一种。所述纳米氧化铝为将球状纳米氧化铝与片状纳米氧化铝按质量比1：1混合，得纳米氧化铝。所述分散剂为分散剂nno，分散剂mf或分散剂5040中任意一种。
将质量分数为80%的硫酸与质量分数为80%的硝酸按体积比1：1混合，于温度为35℃，转速为300r/min的条件下，搅拌混合15min后，得混合酸液，将碳纤维与混合酸液按质量比1：4混合，于温度为65℃的条件下浸泡4h后，过滤，得滤渣，将滤渣用去离子水洗涤8次后，于温度为60℃的条件下干燥50min，并将干燥后的滤渣粉碎过300目筛，得预处理酸化碳纤维，将预处理酸化碳纤维与γ-氨丙基三乙氧基硅烷按质量比10：1混合于三口烧瓶中，并向三口烧瓶中加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷质量35倍的乙醇和γ-氨丙基三乙氧基硅烷质量2倍的硅烷偶联剂kh-550，同时向三口烧瓶中以18ml/min的速率通入氮气，于温度为90℃，转速为400r/min的条件下，搅拌混合5h后，过滤，得酸化碳纤维坯料，将酸化碳纤维坯料用无水乙醇洗涤8次后，真空干燥，得酸化碳纤维；将纳米氧化镁与甲苯按质量比1：50混合，于频率为55khz的条件下超声分散25min后，得氧化镁分散液，将氧化镁分散液与乙醇按质量比45：1混合，并向氧化镁分散液与乙醇的混合物中加入乙醇质量0.2倍的硅烷偶联剂kh-560，于温度为85℃，转速为350r/min的条件下，搅拌反应7h后，过滤，得滤饼，将滤饼用去离子水洗涤6次后，真空干燥，得预处理纳米氧化镁；将预处理纳米氧化镁与甲苯按质量比1：45混合，于频率为55khz的条件下超声分散25min后，并向预处理纳米氧化镁与甲苯的混合物中加入预处理纳米氧化镁质量1.5倍的酸化碳纤维，预处理纳米氧化镁质量0.2倍的引发剂和预处理纳米氧化镁质量0.3倍的甲基丙烯酸甲酯，于温度为105℃，转速300r/min的条件下搅拌反应8h后，过滤，得填料坯料，将填料坯料用无水乙醇洗涤6次后，真空干燥，得填料；将纳米氮化硅与乙烯基三乙氧基硅烷按质量比1：18混合于烧杯中，并向烧杯中加入纳米氮化硅质量45倍的无水乙醇，于功率为500w的条件下超声分散25min后，得氮化硅分散液，将氮化硅分散液与质量分数28%的氨水按质量比15：1混合，于温度为50℃，转速为350r/min的条件下，搅拌混合45h后，并于7000r/min的条件下离心处理3次，得预处理氮化硅坯料，将预处理添加剂于索氏提取器中洗涤50h，并于40℃的条件下真空干燥24h，得预处理氮化硅；将预处理氮化硅与乙酸乙酯按质量比1：5混合于烧瓶中，并加向烧瓶中入预处理氮化硅质量20倍的乙醇和预处理氮化硅质量0.3倍的过氧化苯甲酰，于温度为70℃，转速为350r/min的条件下搅拌混合5h后，得氮化硅混合物，将氮化硅混合物与甲醇按质量比3：1混合于锥形瓶中，并向锥形瓶中加入氮化硅混合物质量0.12倍的氢氧化钠，于温度为75℃，转速为320r/min的条件下搅拌醇解2h后，离心洗涤4次，得改性氮化硅；按重量份数计，依次称取55份环氧树脂，65份混合溶剂，20份填料，15份改性氮化硅，5份硅烷偶联剂，12份纳米氧化铝和6份分散剂，将环氧树脂与混合溶剂混合于搅拌机中，并向搅拌机中加入填料，改性氮化硅，硅烷偶联剂，纳米氧化铝和分散剂，于温度为55℃，转速为400r/min的条件下搅拌混合40min后，得坯料，将坯料研磨过250目筛，得led线路板用导热绝缘涂料。所述引发剂为过氧化钠。所述环氧树脂为环氧树脂e-44。所述混合溶剂为将乙酸乙酯与丁酮按质量比1：3混合，得混合溶剂。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh-550。所述纳米氧化铝为将球状纳米氧化铝与片状纳米氧化铝按质量比1：1混合，得纳米氧化铝。所述分散剂为分散剂nno。
将质量分数为80%的硫酸与质量分数为80%的硝酸按体积比1：1混合，于温度为35℃，转速为300r/min的条件下，搅拌混合15min后，得混合酸液，将碳纤维与混合酸液按质量比1：4混合，于温度为65℃的条件下浸泡4h后，过滤，得滤渣，将滤渣用去离子水洗涤8次后，于温度为60℃的条件下干燥50min，并将干燥后的滤渣粉碎过300目筛，得预处理酸化碳纤维，将预处理酸化碳纤维与γ-氨丙基三乙氧基硅烷按质量比10：1混合于三口烧瓶中，并向三口烧瓶中加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷质量35倍的乙醇和γ-氨丙基三乙氧基硅烷质量2倍的硅烷偶联剂kh-550，同时向三口烧瓶中以18ml/min的速率通入氮气，于温度为90℃，转速为400r/min的条件下，搅拌混合5h后，过滤，得酸化碳纤维坯料，将酸化碳纤维坯料用无水乙醇洗涤8次后，真空干燥，得酸化碳纤维；将纳米氮化硅与乙烯基三乙氧基硅烷按质量比1：18混合于烧杯中，并向烧杯中加入纳米氮化硅质量45倍的无水乙醇，于功率为500w的条件下超声分散25min后，得氮化硅分散液，将氮化硅分散液与质量分数28%的氨水按质量比15：1混合，于温度为50℃，转速为350r/min的条件下，搅拌混合45h后，并于7000r/min的条件下离心处理3次，得预处理氮化硅坯料，将预处理添加剂于索氏提取器中洗涤50h，并于40℃的条件下真空干燥24h，得预处理氮化硅；将预处理氮化硅与乙酸乙酯按质量比1：5混合于烧瓶中，并加向烧瓶中入预处理氮化硅质量20倍的乙醇和预处理氮化硅质量0.3倍的过氧化苯甲酰，于温度为70℃，转速为350r/min的条件下搅拌混合5h后，得氮化硅混合物，将氮化硅混合物与甲醇按质量比3：1混合于锥形瓶中，并向锥形瓶中加入氮化硅混合物质量0.12倍的氢氧化钠，于温度为75℃，转速为320r/min的条件下搅拌醇解2h后，离心洗涤4次，得改性氮化硅；按重量份数计，依次称取55份环氧树脂，65份混合溶剂，15份改性氮化硅，5份硅烷偶联剂，12份纳米氧化铝和6份分散剂，将环氧树脂与混合溶剂混合于搅拌机中，并向搅拌机中加入改性氮化硅，硅烷偶联剂，纳米氧化铝和分散剂，于温度为55℃，转速为400r/min的条件下搅拌混合40min后，得坯料，将坯料研磨过250目筛，得led线路板用导热绝缘涂料。所述引发剂为过氧化钠。所述环氧树脂为环氧树脂e-44。所述混合溶剂为将乙酸乙酯与丁酮按质量比1：3混合，得混合溶剂。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh-550。所述纳米氧化铝为将球状纳米氧化铝与片状纳米氧化铝按质量比1：1混合，得纳米氧化铝。所述分散剂为分散剂nno。
将质量分数为80%的硫酸与质量分数为80%的硝酸按体积比1：1混合，于温度为35℃，转速为300r/min的条件下，搅拌混合15min后，得混合酸液，将碳纤维与混合酸液按质量比1：4混合，于温度为65℃的条件下浸泡4h后，过滤，得滤渣，将滤渣用去离子水洗涤8次后，于温度为60℃的条件下干燥50min，并将干燥后的滤渣粉碎过300目筛，得预处理酸化碳纤维，将预处理酸化碳纤维与γ-氨丙基三乙氧基硅烷按质量比10：1混合于三口烧瓶中，并向三口烧瓶中加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷质量35倍的乙醇和γ-氨丙基三乙氧基硅烷质量2倍的硅烷偶联剂kh-550，同时向三口烧瓶中以18ml/min的速率通入氮气，于温度为90℃，转速为400r/min的条件下，搅拌混合5h后，过滤，得酸化碳纤维坯料，将酸化碳纤维坯料用无水乙醇洗涤8次后，真空干燥，得酸化碳纤维；将纳米氧化镁与甲苯按质量比1：50混合，于频率为55khz的条件下超声分散25min后，得氧化镁分散液，将氧化镁分散液与乙醇按质量比45：1混合，并向氧化镁分散液与乙醇的混合物中加入乙醇质量0.2倍的硅烷偶联剂kh-560，于温度为85℃，转速为350r/min的条件下，搅拌反应7h后，过滤，得滤饼，将滤饼用去离子水洗涤6次后，真空干燥，得预处理纳米氧化镁；将预处理纳米氧化镁与甲苯按质量比1：45混合，于频率为55khz的条件下超声分散25min后，并向预处理纳米氧化镁与甲苯的混合物中加入预处理纳米氧化镁质量1.5倍的酸化碳纤维，预处理纳米氧化镁质量0.2倍的引发剂和预处理纳米氧化镁质量0.3倍的甲基丙烯酸甲酯，于温度为105℃，转速300r/min的条件下搅拌反应8h后，过滤，得填料坯料，将填料坯料用无水乙醇洗涤6次后，真空干燥，得填料；按重量份数计，依次称取55份环氧树脂，65份混合溶剂，20份填料，15份纳米氮化硅，5份硅烷偶联剂，12份纳米氧化铝和6份分散剂，将环氧树脂与混合溶剂混合于搅拌机中，并向搅拌机中加入填料，纳米氮化硅，硅烷偶联剂，纳米氧化铝和分散剂，于温度为55℃，转速为400r/min的条件下搅拌混合40min后，得坯料，将坯料研磨过250目筛，得led线路板用导热绝缘涂料。所述引发剂为过氧化钠。所述环氧树脂为环氧树脂e-44。所述混合溶剂为将乙酸乙酯与丁酮按质量比1：3混合，得混合溶剂。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh-550。所述纳米氧化铝为将球状纳米氧化铝与片状纳米氧化铝按质量比1：1混合，得纳米氧化铝。所述分散剂为分散剂nno。
对比例：广州某新材料有限公司生产的导热绝缘涂料。
将实例1至3所得导热绝缘涂料和对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
按照gb/t1733检测冲击性能；按照astme1461检测导热系数；按照gb/t1410检测体积电阻率。具体检测结果如表1所示：
表1：性能检测表
由表1检测结果可知，本发明所得led线路板用导热绝缘涂料具有优异的漆膜强度，导热性能和绝缘性能。