CN111344339A

CN111344339A - 包含导热颗粒的聚合物基质复合材料及其制备方法

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Publication number: CN111344339A
Application number: CN201880073393.5A
Authority: CN
Inventors: 德里克·J·德纳; 小克林顿·P·沃勒; 巴拉特·R·阿查理雅; 布兰东·A·巴特林; 奥德蕾·S·弗提科; 杰里米·M·希金森; 萨蒂德尔·K·纳亚尔
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2020-06-26
Also published as: WO2019097445A1; EP3710520A1; US11472992B2; US20210363397A1

Abstract

本发明提供了聚合物基质复合材料，所述聚合物基质复合材料包含多孔聚合物网络；以及分布在聚合物网络结构内的多个导热颗粒；其中基于所述导热颗粒和所述聚合物(不包括溶剂)的总重量计，所述导热颗粒在15重量％至99重量％的范围内存在；并且其中所述聚合物基质复合材料具有至少0.3g/cm³的密度；及其制备方法。所述聚合物基质复合材料可用于例如电子器件中。

Description

包含导热颗粒的聚合物基质复合材料及其制备方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年11月16日提交的美国临时专利申请62/587031的权益，该临时专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。

背景技术

集成电路、有源和无源组件、光盘驱动器、电池和马达在使用期间产生热量。为了延长装置长期以及连续的使用，必须耗散热量。含有热管的翅片式金属块和散热器通常用作热沉，以耗散装置在使用期间产生的热量。通常用于在发热组件与热沉/散热器之间提供热桥的材料包括凝胶块、液相至固相变化化合物、润滑脂，以及机械地夹持在例如印刷电路板(PCB)和热沉之间的衬垫。

掺入到粘合剂(例如，热活化(热熔融)和压敏粘合剂)中的导热材料用于在发热组件和热沉/散热器之间提供粘合剂粘结，使得不需要机械夹持。这些热界面材料是热增强的(与未填充或轻填充的聚合物组合物相比)，在升高的温度(例如，至少50℃)下尺寸稳定，并且足够适形以在基材之间提供良好的接触(润湿)。通常，导热粘合剂为了柔软性/适形性具有受损的导热性，或反之亦然。

多孔膜和膜一般经由相分离方法制备，并且因此，通常具有比可为闭孔的泡沫更小、更均匀的孔径和不同的孔形态。含在开孔多孔膜内的孔是开放的，使得气体、液体或蒸气可从一个主表面穿过开放孔到达另一个主表面。它们可经由若干相分离方法制备，但最通常经由溶剂诱导相分离或热诱导相分离来制备。

多孔膜一般具有柔韧性并且可在硬质塑料或金属之间提供紧密接触或缓冲。然而，捕集的空气自然被认为是防导热的绝缘体，并且具有捕集空气的多孔材料通常不适用于热耗散。期望用于耗散或传导热量的替代材料和方法。

发明内容

在一个方面，本公开描述了一种聚合物基质复合材料，包含：

多孔聚合物网络；以及

分布在聚合物网络结构内的多个导热颗粒，

其中基于所述导热颗粒和所述聚合物(不包括任何溶剂)的总重量计，所述导热颗粒在15重量％至99重量％(在一些实施方案中，25重量％至98重量％、50重量％至98重量％、75重量％至98重量％、或甚至93重量％至97重量％)的范围存在；并且其中所述聚合物基复合材料未压缩、原样制备具有至少0.3g/cm³(在一些实施方案中，至少0.4g/cm³、0.5g/cm³、1g/cm³、2g/cm³、3g/cm³或甚至至少4g/cm³；在一些实施方案中，在0.3g/cm³至7g/cm³、1g/cm³至6g/cm³、2g/cm³至5g/cm³、或甚至3g/cm³至4g/cm³的范围内)的密度，或在压缩之后具有至少1g/cm³(在一些实施方案中至少2g/cm³、3g/cm³、4g/cm³、5g/cm³、6g/cm³、7g/cm³、8g/cm³、9g/cm³或甚至至少10g/cm³；在一些实施方案中，在1g/cm³至10g/cm³、1g/cm³至9g/cm³、3g/cm³至8g/cm³、或甚至4g/cm³至7g/cm³的范围内)的密度。如本文所用，“导热颗粒”是指具有大于2W/(m*K)的热导率的颗粒。

在一些实施方案中，聚合物基质复合材料的热导率通过压缩聚合物基质复合材料从而增加聚合物基质复合材料的密度来提高。

在另一方面，本公开描述了制备本文所述的聚合物基质复合材料的第一种方法，所述方法包括：

将热塑性聚合物、溶剂和多个导热颗粒组合(例如，混合或共混)以提供浆液；

使所述浆液成形为制品(例如，层)；

在环境中加热所述制品以在所述制品中保留基于所述制品中所述溶剂的重量计至少90重量％(在一些实施方案中，至少91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、或甚至100％)的所述溶剂，并且基于所述热塑性聚合物的总重量计使至少50％(在一些实施方案中，至少55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、或甚至100％)的所述热塑性聚合物溶解；以及

诱导所述热塑性聚合物与所述溶剂相分离以提供所述聚合物基质复合材料。

在另一方面，本公开描述了制备本文所述的聚合物基质复合材料的第二种方法，所述方法包括：

将热塑性聚合物、用于所述热塑性聚合物的溶剂和多个导热颗粒组合(例如，混合或共混)以在可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液中形成导热颗粒的悬浮液；

诱导所述热塑性聚合物与所述溶剂相分离；以及

移除所述溶剂的至少一部分以提供所述聚合物基质复合材料。

如本文所用，“可混溶的”是指物质以所有比例混合(即以任何浓度完全溶解于彼此)，从而形成溶液的能力，其中对于一些溶剂-聚合物体系，可能需要热量以使聚合物可与溶剂混溶。相比之下，如果显著比例不形成溶液，则物质为不混溶的。例如，丁酮可显著溶于水，但这两种溶剂是不可混溶的，因为它们不能以所有比例溶解。

如本文所用，“相分离”是指其中颗粒均匀分散在均相聚合物-溶剂溶液中，所述溶液转化(例如通过温度或溶剂浓度的变化)成连续的三维聚合物基质复合材料的方法。在第一种方法中，所需制品在聚合物变得可与溶剂混溶之前形成并且相分离是热诱导相分离(TIPS)过程。在第二种方法中，聚合物在形成所需制品之前可与溶剂混溶。在第二种方法中，相分离经由使用湿法或干法的溶剂诱导相分离(SIPS)，或热诱导相分离方法实现。

在SIPS湿法中，将溶解聚合物的溶剂与非溶剂交换以诱导相分离。体系中新的交换溶剂成为聚合物的孔形成剂。在SIPS干法中，将溶解聚合物的溶剂蒸发以诱导相分离。在干法中，还通过溶解聚合物的溶剂将非溶剂溶解于溶液中。聚合物的这种非溶剂随着溶解溶剂蒸发变成聚合物的孔形成剂。因为不使用附加的交换液体，所以将该方法视为“干法”。非溶剂通常也是挥发性的，但具有比溶剂低至少30℃的沸点。

在TIPS方法中，使用升高的温度使非溶剂成为聚合物的溶剂，然后降低温度，使溶剂返回成聚合物的非溶剂。有效的是，热溶剂在移除足够热量时变成孔形成剂并且其失去其溶剂能力。用于热相分离方法中的溶剂可以是挥发性或非挥发性的。

令人惊奇的是，在制备聚合物基质复合材料的第一种方法中，相对较高的颗粒负载允许制备可成型为层的浆液，所述浆液在溶剂被加热以变得可与聚合物混溶时维持其形式。所用的溶剂通常是挥发性的并且随后被蒸发。在使用TIPS方法制备聚合物基质复合材料的第二种方法中，所用的溶剂通常是非挥发性的。在通过湿式或干式SIPS方法制备聚合物基质复合材料的第二种方法中，溶剂通常对于湿法是非挥发性的，并且对于干法是挥发性的。

通常，基于颗粒和粘结剂的体积，可在传统颗粒填充的复合材料(致密聚合物膜、粘合剂等)中实现的最大颗粒负载不超过约40体积％至60体积％。将超过60体积％的颗粒掺入到传统颗粒填充的复合材料中通常是不可实现的，因为此类高颗粒负载的材料不能通过涂布或挤出方法来处理并且/或者所得复合材料变得非常易碎。传统的复合材料通常还用粘结剂完全包封颗粒，从而防止进入颗粒表面并且最小化潜在的颗粒与颗粒接触。通常，导热颗粒填充的复合材料的热导率随着颗粒负载的增加而增加，从而使得可期望更高的颗粒负载。令人惊奇的是，用本文所述的方法获得的高含量的溶剂和相分离形态使得能够以相对较低量的高分子量粘结剂实现相对较高的颗粒负载。多通孔的相分离形态还允许样品在相对较低至相对较高的颗粒浓度下是可透气的。高颗粒负载也有助于最小化可在相分离期间形成的薄无孔聚合物层的形成。此外，本文所述的聚合物基质复合材料是相对柔性的，并且不倾向于脱落颗粒。虽然不想受到理论的限制，但据信本文所述的聚合物基质复合材料的实施方案的另一个优点在于，颗粒不用粘结剂完全涂布，从而能够实现高度的颗粒表面接触，而不会由于粘结剂的多孔性质而掩蔽。应当指出的是，层的压缩可显著增强颗粒与颗粒接触。即使在升高的温度(例如，135℃)下，高分子量粘结剂也不易于在不存在溶剂的情况下流动。

包含导热颗粒的聚合物基质复合材料可用作例如热界面材料(例如，电子器件(例如，电池、马达、电冰箱、电路板、太阳能电池和加热器)中的热导体)。

附图说明

图1为本文所述的示例性聚合物基质复合材料的示意图。

图2为本文所述的另一种示例性聚合物基质复合材料的示意图。

图3为本文所述的另一种示例性聚合物基质复合材料的示意图。

图4-10为本文所述的示例性聚合物基质复合材料(分别为实施例1、2、3、4、5、8和10)的横截面的扫描电镜(SEM)显微图。

具体实施方式

基于导热颗粒和聚合物(不包括任何溶剂)的重量计，所述导热颗粒在15重量％至99重量％(在一些实施方案中，25重量％至98重量％、50重量％至98重量％、75重量％至98重量％、或甚至93重量％至97重量％)的范围内存在于本文所述的聚合物基质复合材料中。

示例性导热颗粒包括金属、半导体和陶瓷。示例性导热颗粒包含以下中的至少一种：铝、铜、银、石墨、金刚石、SiC、Si₃N₄、AlN、BeO、MgO、Al₂O₃、氢氧化铝、羟基氧化铝、六方氮化硼(h-BN)、立方氮化硼(c-BN)、ZnO、天然硅铝酸盐或合成硅铝酸盐。

导热颗粒的示例性尺寸在数百纳米至数百微米大小的范围内。导热颗粒的示例性形状包括不规则、板状、针状、球形形状，以及附聚形式。附聚物的尺寸可在例如几微米直至(并且包括)几毫米的范围内。可将颗粒混合以具有多峰尺寸分布，所述多峰尺寸分布可例如允许最佳堆积密度。

在一些实施方案中，导热颗粒包含非导电颗粒(例如，包含氮化硼、三水合铝、碳化硅和金属氧化物(例如，氧化铝和氧化铁)的陶瓷颗粒)。

在一些实施方案中，导热颗粒包含导电颗粒(例如，包含铝、铜、镍和金的金属颗粒)。

在一些实施方案中，导热颗粒具有在100nm至2mm的范围内(在一些实施方案中，在200nm至1000nm范围内)的平均粒度(最长尺寸的平均长度)。

在一些实施方案中，导热颗粒具有双峰或三峰分布。颗粒的多峰分布可允许更高的堆积效率，改善的颗粒与颗粒接触，并且从而提高热导率。

如本文所述原样制备的聚合物基质复合材料(即，在任何压缩或其他后形成压实之前)通常具有至少0.3g/cm³(在一些实施方案中，至少0.4g/cm³、0.5g/cm³、1g/cm³、2g/cm³、3g/cm³或甚至至少4g/cm³；在一些实施方案中，在0.3g/cm³至7g/cm³、1g/cm³至6g/cm³、2g/cm³至5g/cm³或甚至3g/cm³至4g/cm³范围内)的密度。

在一些实施方案中，聚合物基质复合材料的热导率通过压缩聚合物基质复合材料从而增加聚合物基质复合材料的密度来提高。在一些实施方案中，压缩可在升高的温度(例如，高于聚合物基质的玻璃化转变温度，或甚至在一些实施方案中，高于聚合物基质的熔点)下进行。在一些实施方案中，压缩的聚合物基质复合材料具有至少1g/cm³(在一些实施方案中，至少2g/cm³、3g/cm³、4g/cm³、5g/cm³、6g/cm³、7g/cm³、8g/cm³、9g/cm³或甚至至少10g/cm³；在一些实施方案中，在1g/cm³至10g/cm³、1g/cm³至9g/cm³、3g/cm³至8g/cm³或甚至4g/cm³至7g/cm³范围内)的密度。

在一些实施方案中，本文所述的聚合物基质复合材料具有小于80％(在一些实施方案中，在0％至80％、0％至70％、0％至60％、10％至80％、10％至70％、10％至60％、10％至50％、10％至40％、10％至30％、或甚至5％至20％范围内)的孔隙率。

聚合物网络结构可被描述为多孔聚合物网络或多孔相分离的聚合物网络。一般来讲，多孔聚合物网络(原样制备)包括互连的多孔聚合物网络结构，所述多孔聚合物网络结构包含多个互连形态(例如，原纤、结节、节点、开孔、闭孔、叶状花边、股线、节点、球体或蜂窝结构中的至少一种)。互连的聚合结构可直接粘附到颗粒的表面，并充当颗粒的粘结剂。就这一点而言，相邻颗粒(例如，颗粒或附聚物颗粒)之间的空间可包括多孔聚合物网络结构，而不是固体基质材料，从而提供所需的孔隙率。

在一些实施方案中，聚合物网络结构可包括三维网状结构，其包括聚合原纤的互连网络。在一些实施方案中，单个原纤具有在10nm至100nm的范围内(在一些实施方案中，在100nm至500nm、或甚至500nm至5微米的范围内)的平均宽度。

在一些实施方案中，颗粒分散在聚合物网络结构内，使得颗粒(例如，各个颗粒或各个附聚物颗粒)的各个单元的外表面大部分未被聚合物网络结构接触或未被涂布。就这一点而言，在一些实施方案中，基于各个颗粒的外表面的总表面积，聚合物网络结构在各个颗粒的外表面上的平均面积覆盖百分比(即，与聚合物网络结构直接接触的外表面积的百分比)不大于50％(在一些实施方案中，不大于40％、30％、25％、20％、10％、5％、或甚至不大于1％)。虽然不想受理论的约束，但据信颗粒上大的未接触表面积涂层能够增加压缩后颗粒与颗粒的接触，并因此增加热导率。

在一些实施方案中，聚合物网络结构不渗透大部分未被聚合物网络结构接触或涂布的各个颗粒(例如，各个颗粒或各个附聚物颗粒)的内部孔隙度或内表面积。

在一些实施方案中，聚合物网络结构可包含至少一种热塑性聚合物、基本上由其组成或由其组成。示例性热塑性聚合物包括：聚氨酯、聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚乳酸)、聚酰胺(例如尼龙6、尼龙6,6、尼龙12和多肽)、聚醚(例如聚环氧乙烷和聚环氧丙烷)、聚碳酸酯(例如双酚A聚碳酸酯)、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚苯醚、聚丙烯酸酯(例如由包含丙烯酸酯官能团的单体的加成聚合形成的热塑性聚合物)、聚甲基丙烯酸酯(例如由包含甲基丙烯酸酯官能团的单体的加成聚合形成的热塑性聚合物)、聚烯烃(例如聚乙烯和聚丙烯)、苯乙烯和苯乙烯基无规和嵌段聚合物、氯化聚合物(例如聚氯乙烯)、含氟聚合物(例如聚偏二氟乙烯；四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的共聚物；乙烯和四氟乙烯的共聚物；六氟丙烯；和聚四氟乙烯)，以及乙烯和氯三氟乙烯的共聚物。在一些实施方案中，热塑性聚合物包括均聚物或共聚物(例如嵌段共聚物或无规共聚物)。在一些实施方案中，热塑性聚合物可包括至少两种热塑性聚合物类型的混合物(例如聚乙烯和聚丙烯的混合物或聚乙烯和聚丙烯酸酯的混合物)。在一些实施方案中，聚合物可为聚乙烯(例如超高分子量聚乙烯)、聚丙烯(例如超高分子量聚丙烯)、聚乳酸、聚(乙烯共氯三氟乙烯)和聚偏二氟乙烯中的至少一者。在一些实施方案中，热塑性聚合物为单一热塑性聚合物(即它不是至少两种热塑性聚合物类型的混合物)。在一些实施方案中，热塑性聚合物基本上由聚乙烯(例如超高分子量聚乙烯)组成，或由其组成。

在一些实施方案中，用于制备本文所述的聚合物基质复合材料的热塑性聚合物为粒度小于1000微米(在一些实施方案中，在1微米至10微米、10微米至30微米、30微米至100微米、100微米至200微米、200微米至500微米、500微米至1000微米范围内)的颗粒。

在一些实施方案中，多孔聚合物网络结构包含以下中的至少一种：聚丙烯腈、聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚砜、聚苯醚、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚烯烃、苯乙烯或苯乙烯基无规和嵌段共聚物、氯化聚合物、氟化聚合物或乙烯和氯三氟乙烯的共聚物。

在一些实施方案中，多孔聚合物网络结构包含数均分子量在5×10⁴g/mol至1×10⁷g/mol范围内(在一些实施方案中，在1×10⁶g/mol至8×10⁶g/mol、2×10⁶g/mol至6×10⁶g/mol、或甚至3×10⁶g/mol至5×10⁶g/mol范围内)的聚合物。出于本公开的目的，数均分子量可通过本领域的已知技术(例如凝胶渗透色谱法(GPC))测量。GPC可在用于热塑性聚合物的合适溶剂中进行，连同使用窄分子量分布聚合物标准(例如窄分子量分布聚苯乙烯标准)。热塑性聚合物通常表征为部分结晶的，表现出熔点。在一些实施方案中，热塑性聚合物可具有在120℃至350℃范围内(在一些实施方案中，在120℃至300℃、120℃至250℃、或甚至120℃至200℃范围内)的熔点。热塑性聚合物的熔点可通过本领域已知的技术(例如，用5mg至10mg样品在10℃/min的加热扫描速率下进行的差示扫描量热法(DSC)测试中测量的设定温度，同时样品在氮气气氛下)测量。

在一些实施方案中，聚合物网络结构为连续网络结构(即，聚合物相包含具有连续空隙或孔的开孔结构，所述空隙或孔在延伸贯穿整个结构的空隙之间形成互连)。在一些实施方案中，按体积计，聚合物网络结构的至少2％(在一些实施方案中，至少5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％或甚至100％)可为连续的聚合物网络结构。应当指出的是，出于本公开的目的，由颗粒构成的聚合物基质复合材料的体积部分不被认为是聚合物网络结构的一部分。在一些实施方案中，聚合物网络在两个颗粒之间延伸，从而形成互连颗粒的网络。

选择溶剂(例如，第一溶剂)，使得其形成可混溶的聚合物-溶剂溶液。在一些情况下，可能需要升高的温度来形成可混溶的聚合物-溶剂溶液。溶剂可为至少两种独立的溶剂的共混物。在一些实施方案中，当聚合物为聚烯烃(例如，聚乙烯和聚丙烯中的至少一种)时，溶剂可为例如矿物油、四氢化萘、十氢化萘、邻二氯苯、环己烷-甲苯混合物、十二烷、石蜡油/蜡、煤油、异链烷烃流体、对二甲苯/环己烷混合物(1/1wt./wt.)、莰烯、1,2,4三氯苯、辛烷、橙油、植物油、蓖麻油或棕榈仁油中的至少一种。在一些实施方案中，当聚合物为聚偏二氟乙烯时，溶剂可例如为碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯或1,2,3-三乙酰氧基丙烷中的至少一种。可以例如通过蒸发移除溶剂。高蒸气压溶剂尤其适于这种移除方法。然而，如果第一溶剂具有低蒸气压，则可能期望具有较高蒸气压的第二溶剂以萃取第一溶剂，之后蒸发第二溶剂。例如，在一些实施方案中，当矿物油用作第一溶剂时，处于升高的温度(例如约60℃)的异丙醇或甲基九氟丁基醚(C₄F₉OCH₃)、乙基九氟丁基醚(C₄F₉OC₂H₅)和反式-1,2-二氯乙烯(可例如以商品名“NOVEC 72DE”得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company,St.Paul,MN))的共混物可用作萃取第一溶剂的第二溶剂，之后蒸发第二溶剂。在一些实施方案中，当将植物油或棕榈仁油中的至少一种用作第一溶剂时，处于升高的温度(例如约60℃)下的异丙醇可用作第二溶剂。在一些实施方案中，当碳酸亚乙酯用作第一溶剂时，水可用作第二溶剂。

在一些实施方案中，可将少量其他添加剂加入到聚合物基质复合材料中以赋予附加功能或充当加工助剂。这些包括粘度调节剂(例如热解法二氧化硅、嵌段共聚物和蜡)、增塑剂、热稳定剂(例如，诸如可例如以商品名“Irganox 1010”得自德国路德维希港巴斯夫公司(BASF,Ludwigshafen,Germany))、抗微生物剂(例如，银和季铵)、阻燃剂、抗氧化剂、染料、颜料和紫外线(UV)稳定剂。

在一些实施方案中，本文所述的聚合物基质复合材料呈厚度在50微米至7000微米范围内的层的形式，其中厚度不包括从层的基部延伸的任何突出部的高度。

在一些实施方案中，多孔聚合物网络结构通过可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液的诱导相分离来制备。在一些实施方案中，诱导相分离为热诱导相分离或溶剂诱导相分离中的至少一种。

第一种方法

制备本文所述的聚合物基质复合材料的第一种方法包括：

使所述浆液形成形制品(例如，层)；

在环境中加热所述制品以在所述制品中保留基于所述制品中所述溶剂的重量计至少90重量％(在一些实施方案中，至少91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、或甚至至少100％)的所述溶剂，并且基于所述热塑性聚合物的总重量计使至少50％(在一些实施方案中，至少55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、或甚至100％)的所述热塑性聚合物溶解；以及

如果颗粒为致密的，则通常将浆液连续混合或共混，以防止或减少聚合物和/或颗粒与溶剂的沉降或分离。在一些实施方案中，使用本领域已知的技术将浆液脱气以移除夹带的空气。

可使用本领域已知的技术将浆液形成制品，所述技术包括刮刀涂布、辊涂(例如，通过限定辊隙的辊涂)，以及通过具有适当尺寸或轮廓的任何数目的不同模具进行涂布。

在第一种方法的一些实施方案中，在低于聚合物熔点并且低于溶剂沸点的至少一个温度下进行组合。

在第一种方法的一些实施方案中，在高于可混溶热塑性聚合物-溶剂溶液的熔点，并且低于溶剂沸点的至少一个温度下进行加热。

在第一种方法的一些实施方案中，诱导相分离在低于浆液中的聚合物的熔点的至少一个温度下进行。虽然不想受到束缚，但据信在一些实施方案中，用于制备与聚合物的可混溶共混物的溶剂可导致聚合物中的熔点降低。本文所述的熔点包括低于聚合物溶剂体系的任何熔点降低。

在第一种方法的一些实施方案中，溶剂为至少两种单独溶剂的共混物。在一些实施方案中，当聚合物为聚烯烃(例如，聚乙烯或聚丙烯中的至少一种)时，溶剂可为矿物油、四氢化萘、十氢化萘、邻二氯苯、环己烷-甲苯混合物、十二烷、石蜡油/蜡、煤油、对二甲苯/环己烷混合物(1/1wt./wt.)、莰烯、1,2,4三氯苯、辛烷、橙油、植物油、蓖麻油或棕榈仁油中的至少一种。在一些实施方案中，当聚合物为聚偏二氟乙烯时，溶剂为碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯或1,2,3三乙酰氧基丙烷中的至少一种。

在第一种方法的一些实施方案中，聚合物网络结构可在相分离期间形成。在一些实施方案中，聚合物网络结构通过可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液的诱导相分离来提供。在一些实施方案中，热诱导相分离(例如，通过淬火至比加热期间使用的温度更低的温度经由热诱导相分离(TIPS))。冷却可例如在空气、液体或固体界面上提供，并且改变以控制相分离。聚合物网络结构可为固有地多孔的(即具有孔)。孔结构可以是开放的，使得能够从聚合物网络结构的内部区域到聚合物网络结构的外表面和/或在聚合物网络结构的第一表面和聚合物网络结构的对置的第二表面之间进行流体连通。

在本文所述方法的一些实施方案中，溶剂与聚合物的重量比为至少9:1。在一些实施方案中，颗粒与聚合物的体积比为至少9:1。在一些实施方案中，并且为了便于制造，可能期望的是在室温下形成层。通常，在使用相分离的层形成期间，相对较小的孔在溶剂萃取期间是特别易于塌缩的。通过本文所述的方法可实现的相对高的颗粒至聚合物负载可减少孔塌缩并产生更均匀的无缺陷聚合物基质复合材料。

在一些实施方案中，第一种方法还包括在诱导热塑性聚合物与溶剂的相分离之后，从成形制品中移除溶剂的至少一部分(在一些实施方案中，溶剂的至少5重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％、95重量％、96重量％、97重量％、98重量％、99重量％、99.5重量％、或甚至100重量％)。

在第一种方法的一些实施方案中，基于所述成形制品中溶剂的重量计，移除至少90重量％的溶剂，其中在基于所述成形制品中溶剂的重量计移除至少90重量％的溶剂之前，所述溶剂的所述成形制品具有第一体积，其中在基于所述成形制品中溶剂的重量计移除至少90重量％的溶剂之后，所述成形制品具有第二体积，并且其中第一体积与第二体积之间的差(即(第一体积减去第二体积)除以第一体积乘以100)小于10％(在一些实施方案中，小于9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.75％、0.5％、或甚至小于0.3％)。挥发性溶剂可例如通过使溶剂从聚合物基质复合材料的至少一个主表面蒸发而从聚合物基质复合材料中移除。蒸发可例如通过加入热量、真空或气流中的至少一种来辅助。易燃溶剂的蒸发可在溶剂额定烘箱中实现。然而，如果第一溶剂具有低蒸气压，则可使用具有高蒸气压的第二溶剂萃取第一溶剂，之后蒸发第二溶剂。例如，在一些实施方案中，当矿物油用作第一溶剂时，处于升高的温度(例如约60℃)的异丙醇或甲基九氟丁基醚(C₄F₉OCH₃)、乙基九氟丁基醚(C₄F₉OC₂H₅)和反式-1,2-二氯乙烯(可例如以商品名“NOVEC 72DE”得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company,St.Paul,MN))的共混物可用作萃取第一溶剂的第二溶剂，之后蒸发第二溶剂。在一些实施方案中，当将植物油或棕榈仁油中的至少一种用作第一溶剂时，处于升高的温度(例如约60℃)下的异丙醇可用作第二溶剂。在一些实施方案中，当碳酸亚乙酯用作第一溶剂时，水可用作第二溶剂。

在第一种方法的一些实施方案中，制品具有第一主表面和第二主表面，所述第一主表面和第二主表面具有垂直于第一主表面和第二主表面的末端，并且所述末端在溶剂移除期间不受限制(即，在萃取期间不需要约束)。这可例如通过在烘箱中不受限制地干燥层的一部分来完成。连续干燥可例如通在层的长部分传送通过烘箱时干燥支撑在条带上的层的一长部分来实现。另选地，为了促进非挥发性溶剂的移除，例如，可将层的一长部分连续地传送通过相容的挥发性溶剂浴液，从而交换溶剂并允许随后不受限制地干燥层。然而，在溶剂交换期间，并不是所有的非挥发性溶剂都需要从层中移除。少量的非挥发性溶剂可保留并充当聚合物的增塑剂。

在第一种方法的一些实施方案中，在溶剂移除之后，成形且相分离的制品具有至少5％(在一些实施方案中，至少10％、20％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、或甚至至少90％；在一些实施方案中，在25％至90％的范围内)的孔隙率。该孔隙率是由聚合物与溶剂的相分离引起的，所述相分离最初不留下未填充的空隙，因为聚合物基质复合材料中的孔填充有溶剂。在完全或部分移除溶剂之后，重新暴露聚合物基质复合材料中的空隙空间。颗粒与颗粒的相互作用可使因来自溶剂干燥过程的毛细管诱导的负压导致的多孔聚合物基质复合材料的塌缩或变形降至最少。

在第一种方法的一些实施方案中，未从所述成形制品中移除溶剂(即使在诱导热塑性聚合物与溶剂的相分离之后)。这可例如通过使用非挥发性溶剂(例如矿物油或蜡)而不是完成萃取/蒸发步骤来实现。

第二种方法

制备本文所述的聚合物基质复合材料的第二种方法包括：

诱导所述热塑性聚合物与所述溶剂相分离；以及

在一些实施方案中，第二种方法还包括在相分离之前将导热颗粒添加到可混溶的聚合物-溶剂溶液中。聚合物网络结构可在该方法的相分离期间形成。在一些实施方案中，聚合物网络结构经由可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液的诱导相分离来提供。在一些实施方案中，热诱导(例如，经由通过淬火至较低温度的热诱导相分离(TIPS))、化学诱导(例如，通过用良好的溶剂取代不良的溶剂的溶剂诱导相分离(SIPS))或溶剂比率变化(例如通过蒸发溶剂中的一种)相分离。也可使用本领域已知的其他相分离或孔形成技术，诸如不连续的聚合物共混物(有时也称为聚合物辅助相倒置(PAPI))、水分诱导相分离或蒸气诱导相分离。聚合物网络结构可为固有地多孔的(即具有孔)。孔结构可以是开放的，使得能够从聚合物网络结构的内部区域到聚合物网络结构的外表面和/或在聚合物网络结构的第一表面和聚合物网络结构的对置的第二表面之间进行流体连通。

在第二种方法的一些实施方案中，可混溶热塑性聚合物-溶剂溶液中的聚合物具有熔点，其中所述溶剂具有沸点，并且其中组合在高于所述可混溶热塑性聚合物-溶剂溶液的所述熔点，并且低于所述溶剂的所述沸点的至少一个温度下进行。

在第二种方法的一些实施方案中，可混溶热塑性聚合物-溶剂溶液中的聚合物具有熔点，并且其中诱导相分离在低于所述可混溶热塑性聚合物-溶剂溶液中所述聚合物的熔点的至少一个温度下进行。热塑性聚合物溶剂混合物可被加热以有利于热塑性聚合物在溶剂中的溶解。在热塑性聚合物已与溶剂相分离之后，可使用本领域已知的技术将溶剂的至少一部分从聚合物基质复合材料中移除，该技术包括蒸发溶剂或通过较高蒸气压第二溶剂萃取溶剂，之后蒸发第二溶剂。在一些实施方案中，在溶剂的10重量％至100重量％的范围内(在一些实施方案中，在20重量％至100重量％、30重量％至100重量％、40重量％至100重量％、50重量％至100重量％、60重量％至100重量％、70重量％至100重量％、80重量％至100重量％、90重量％至100重量％、95重量％至100重量％、或甚至98重量％至100重量％的范围内)，并且第二溶剂(如果使用的话)可从聚合物基质复合材料中移除。

通常选择溶剂使得其能够溶解聚合物并形成可混溶的聚合物-溶剂溶液。将溶液加热至升高的温度可有利于聚合物的溶解。在一些实施方案中，在20℃至350℃范围内的至少一个温度下进行聚合物与溶剂的组合。可在组合中的任一者或全部处、在聚合物溶解之前、在聚合物溶解之后或在其间的任何时间添加导热颗粒。

在一些实施方案中，溶剂为至少两种单独溶剂的共混物。在一些实施方案中，当聚合物为聚烯烃(例如，聚乙烯或聚丙烯中的至少一种)时，溶剂可为矿物油、石蜡油/蜡、莰烯、橙油、植物油、蓖麻油或棕榈仁油中的至少一种。在一些实施方案中，当聚合物为聚偏二氟乙烯时，溶剂为碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯或1,2,3三乙酰氧基丙烷中的至少一种。

在一些实施方案中，溶剂可例如通过蒸发移除，高蒸气压溶剂尤其适于这种移除方法。然而，如果第一溶剂具有低蒸气压，则可使用具有高蒸气压的第二溶剂萃取第一溶剂，之后蒸发第二溶剂。例如，在一些实施方案中，当矿物油用作第一溶剂时，处于升高的温度(例如约60℃)的异丙醇或甲基九氟丁基醚(C₄F₉OCH₃)、乙基九氟丁基醚(C₄F₉OC₂H₅)和反式-1,2-二氯乙烯(可以商品名“NOVEC 72DE”得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3MCompany,St.Paul,MN))的共混物可用作萃取第一溶剂的第二溶剂，之后蒸发第二溶剂。在一些实施方案中，当将植物油或棕榈仁油中的至少一种用作第一溶剂时，处于升高的温度(例如约60℃)下的异丙醇可用作第二溶剂。在一些实施方案中，当碳酸亚乙酯用作第一溶剂时，水可用作第二溶剂。

通常，在相分离过程中，在聚合物固化之前使共混的混合物成形为层。将聚合物溶解于溶剂中(其允许形成可混溶的热塑性溶剂溶液)，并且分散导热颗粒以形成共混的混合物，将该共混的混合物形成制品(例如，层)，之后相分离(例如，TIPS的温度降低、溶剂蒸发或与SIPS的非溶剂溶剂交换)。层形成可使用在本领域中已知的技术进行，包括刮刀涂布、辊涂(例如通过限定辊隙的辊涂)和挤出(例如通过模具的挤出(例如通过具有适当的层尺寸(即模具间隙的宽度和厚度)的模具的挤出))。在一个示例性实施方案中，混合物具有糊状稠度并且通过挤出(例如通过具有适当的层尺寸(即模具间隙的宽度和厚度)的模具的挤出)被成形为层。

在使浆液成形为其中热塑性聚合物可在其溶剂中混溶的层之后，然后可诱导聚合物相分离。可使用若干技术来诱导相分离，包括热诱导相分离或溶剂诱导相分离中的至少一种。当进行诱导相分离的温度低于聚合物、溶剂和导热颗粒的组合温度时，可发生热诱导相分离。如果组合接近室温进行，这可通过冷却可混溶的聚合物-溶剂溶液，或通过首先将可混溶的聚合物-溶剂溶液加热至升高的温度(在组合期间或在组合之后)，之后降低可混溶聚合物-溶剂溶液的温度，从而诱导热塑性聚合物的相分离来实现。在这两种情况下，冷却可导致聚合物与溶剂相分离。可通过将对于聚合物而言为不良溶剂的第二溶剂添加到可混溶的聚合物-溶剂溶液来进行溶剂诱导相分离，或者可通过移除可混溶聚合物-溶剂溶液的溶剂的至少一部分(例如蒸发可混溶聚合物-溶剂溶液的溶剂的至少一部分)，从而诱导聚合物的相分离，来实现溶剂诱导相分离。可采用相分离技术(例如热诱导相分离和溶剂诱导相分离)的组合。热诱导相分离可为有利的，因为当在升高的温度下进行组合时，其还促进聚合物的溶解。在一些实施方案中，在低于组合温度5℃至300℃范围内(在一些实施方案中，在5℃至250℃、5℃至200℃、5℃至150℃、15℃至300℃、15℃至250℃、15℃至200℃、15℃至130℃，或甚至25℃至110℃范围内)的至少一个温度下进行热诱导相分离。

在诱导相分离之后，可移除溶剂的至少一部分，从而形成多孔聚合物基质复合材料层，该复合材料层具有聚合物网络结构和分布在热塑性聚合物网络结构内的导热材料。

溶剂可通过蒸发去除，高蒸气压溶剂尤其适于这种去除方法。然而，如果第一溶剂具有低蒸气压，则可使用具有高蒸气压的第二溶剂萃取第一溶剂，之后蒸发第二溶剂。在一些实施方案中，在溶剂的10重量％至100重量％的范围内(在一些实施方案中，在20重量％至100重量％、30重量％至100重量％、40重量％至100重量％、50重量％至100重量％、60重量％至100重量％、70重量％至100重量％、80重量％至100重量％、90重量％至100重量％、95重量％至100重量％、或甚至98重量％至100重量％的范围内)，并且第二溶剂(如果使用的话)可从聚合物基质复合材料中移除。

在一些实施方案中，第一种方法和第二种方法还包括压缩聚合物基质复合材料。即，在诱导相分离之后，可压缩所形成的聚合物网络结构，以例如调谐聚合物基质复合材料的气流阻力。聚合物基质复合材料的压缩可例如通过本领域已知的常规压延工艺来实现。

在其中通过至少压缩力使网络结构塑性变形的一些实施方案中，可在施加压缩力期间赋予振动能量。在这些实施方案中的一些中，聚合物复合材料呈具有无限长度的条带的形式，并且在条带穿过辊隙时执行施加压缩力的步骤。拉伸负载可在穿过此辊隙期间施加。例如，辊隙可在两个辊之间形成，其中至少一个辊施加振动能量；在辊和棒之间，其中至少一个施加振动能量；或在两条棒之间，其中至少一个施加振动能量。压缩力和振动能量的施加可以连续的辊对辊方式或以步进和重复的方式来实现。在其他实施方案中，在例如板和压板(其中至少一个施加振动能量)之间的离散层上执行压缩力步骤。在一些实施方案中，振动能量在超声范围(例如，20kHz)内，但其他范围被认为是合适的。对于关于使网络结构塑性变形的另外细节，参见例如2017年10月30日提交的具有美国序列号62/578,732的共同待审的申请，该申请的公开内容以引用方式并入。

在一些实施方案中，压缩的聚合物基质复合材料在压缩之后的密度为至少1g/cm³(在一些实施方案中，至少2g/cm³、3g/cm³、4g/cm³、5g/cm³、6g/cm³、7g/cm³、8g/cm³、9g/cm³或甚至至少10g/cm³；在一些实施方案中，在1g/cm³至10g/cm³、1g/cm³至9g/cm³、3g/cm³至8g/cm³或甚至4g/cm³至7g/cm³范围内)。

在一些实施方案中，压缩聚合物基质复合材料通过增加颗粒与颗粒接触而增加其密度和热导率。如果使用诸如铜的导电颗粒，则可通过作为增加压缩的函数的减小电阻来测量增大的颗粒与颗粒接触。在一些实施方案中，未压缩聚合物基质复合材料的电阻在14兆欧姆至至少100兆欧姆的范围内。在一些实施方案中，压缩的聚合物基质复合材料的电阻在0.5欧姆至13,000欧姆的范围内。在一些实施方案中，压缩聚合物基质复合材料降低其电阻(在一些实施方案中，小至少8×10⁹％(在一些实施方案中，2.5×10⁹％))。

压缩增加密度，这固有地降低聚合物基质复合材料的绝缘空气体积(或孔隙率)，因此将增加热导率。同样，与导热颗粒增加的颗粒与颗粒接触可通过增加的热导率来测量。

在一些实施方案中，未压缩聚合物基质的贯通平面热导率在0.2W/(m*K)至0.8W/(m*K)的范围内，并且平面内热导率为0.73W/(m*K)至2.5W/(m*K)。在一些实施方案中，压缩的聚合物基质复合材料的热导率贯通平面在0.4W/(m*K)至11.4W/(m*K)的范围内；在平面内在0.87W/(m*K)至74W/(m*K)的范围内。

在一些实施方案中，压缩聚合物基质复合材料在贯通平面中增加其热导率至少25％(在一些实施方案中，至少100％、1000％、2000％、3000％或甚至至少3500％)，并且在平面内增加至少84％(在一些实施方案中，至少1000％、2000％、3000％、4000％、5000％或甚至至少5400％)。

在一些实施方案中，本文所述的聚合物基质复合材料可包裹在0.5mm(在一些实施方案中，0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、1cm、5cm、10cm、25cm、50cm或甚至1米)棒上而不断裂。

在第一种方法和第二种方法的一些实施方案中，本文所述的聚合物基质复合材料具有对置的第一平坦主表面和第二平坦主表面。在一些实施方案中，本文所述的聚合物基质复合材料具有对置的第一主表面和第二主表面，其中第一主表面为非平坦的(例如，弯曲的)。参见图1，本文所述的示例性聚合物基质复合材料100具有对置的第一主表面101和第二主表面102。第一主表面101为非平坦的。

平坦和非平坦主表面可例如通过将浆液涂布或挤出到图案化基底(例如，衬垫、带、模具或工具)上来提供。另选地，例如，具有成型狭槽的模具可用于在涂布或挤出过程期间形成非平坦表面。另选地，例如，所述结构可在通过用图案化工具模制或成型所述层之前和/或之后相分离之后形成。

在第一种方法和第二种方法的一些实施方案中，本文所述的聚合物基质复合材料具有从第一主表面向外延伸的第一突出部，并且在一些实施方案中，具有从第二主表面向外延伸的第二突出部。在一些实施方案中，第一突出部与第一主表面成一整体，并且在一些实施方案中，第二突出部与第二主表面成一整体。示例性突出部包括柱、导轨、钩、锥体、连续轨、连续多向轨、半球、圆柱体或多叶状圆柱体中的至少一者。在一些实施方案中，突出部具有呈以下中的至少一种的横截面：圆形、正方形、矩形、三角形、五边形、其他多边形、正弦、人字形或多叶形。

参见图2，本文所述的示例性聚合物基质复合材料200具有从第一主表面201向外延伸的第一突出部205和从第二主表面202向外延伸的任选的第二突出部206。

突出部可例如通过在图案化基底(例如，衬垫、带、模具或工具)之间涂布或挤出来提供。另选地，具有成型狭槽的模具可用于在涂布或挤出过程期间形成突出部。另选地，例如，所述结构可在通过在图案化工具之间模制或成型之前和/或之后相分离之后形成。

在第一种方法和第二种方法的一些实施方案中，本文所述的聚合物基质复合材料具有延伸到第一主表面中的第一凹陷部，并且在一些实施方案中，具有延伸到第二主表面中的第二凹陷部。示例性凹陷部包括凹槽、狭槽、倒金字塔、孔(包括通孔或盲孔)或凹坑中的至少一者。参见图3，本文所述的示例性聚合物基质复合材料300具有延伸到第一主表面301中的第一凹陷部307和延伸到第二主表面302中的第二凹陷部308。

凹陷部可例如通过在图案化基底(例如，衬垫、带、模具或工具)之间涂布或挤出来提供。另选地，例如，具有成型狭槽的模具可用于在涂布或挤出过程期间形成凹陷部。另选地，例如，所述结构可在通过在图案化工具之间模制或成型之前和/或之后相分离之后形成。

在一些实施方案中，本文所述的聚合物基质复合材料还包含增强材料(例如，附接到聚合物基质复合材料，部分地在其中，和/或在其中)。示例性增强材料包括纤维、股线、非织造织物、织造材料、织物、网片和膜。增强材料可例如通过热、粘接或超声层压到聚合物基质复合材料上。增强材料例如可在涂布或挤出过程期间嵌入聚合物基质复合材料内。增强材料例如可位于复合材料的主表面之间、一个主表面上或两个主表面上。可使用多于一种类型的增强材料。

具有本文所述的导热颗粒的聚合物基质复合材料的实施方案可用作例如热界面材料。此类热界面材料可用于管理流入或流出诸如电子器件(例如，电池、马达、冰箱、电路板、太阳能电池和加热器)中的不同组件的热流。在一些实施方案中，制品(例如，电子器件)包括热源和与热源接触的本文所述的聚合物基质复合材料。关于一般此类器件的另外细节，参见例如美国专利7,229,683B2(Fisher等人)、7,709,098B2(Yoda等人)和7,744,991B2(Fisher等人)，这些专利的公开内容以引用方式并入本文。

示例性实施方案

1A.一种聚合物基质复合材料，所述聚合物基质复合材料包含：

多孔聚合物网络；以及

分布在聚合物网络结构内的多个导热颗粒，

其中基于所述导热颗粒和所述聚合物(不包括任何溶剂)的总重量计，所述导热颗粒在15重量％至99重量％(在一些实施方案中，25重量％至98重量％、50重量％至98重量％、75重量％至98重量％、或甚至93重量％至97重量％)的范围存在；并且其中所述聚合物基质复合材料具有至少0.3g/cm³的密度(在一些实施方案中，至少0.4g/cm³、0.5g/cm³、1g/cm³、2g/cm³、3g/cm³或甚至至少4g/cm³；在一些实施方案中，在0.3g/cm³至7g/cm³、1g/cm³至6g/cm³、2g/cm³至5g/cm³、或甚至3g/cm³至4g/cm³范围内；在一些实施方案中，至少0.5g/cm³、1g/cm³、2g/cm³、3g/cm³、4g/cm³、5g/cm³、6g/cm³、7g/cm³、8g/cm³、9g/cm³或甚至至少10g/cm³；在一些实施方案中，在0.3g/cm³至10g/cm³、1g/cm³至9g/cm³、3g/cm³至8g/cm³或甚至4g/cm³至7g/cm³范围内)。

2A.根据示例性实施方案1A所述的聚合物基质复合材料，其中所述聚合物基质复合材料具有小于80％(在一些实施方案中，在0％至80％、0％至70％、0％至60％、10％至80％、10％至70％、10％至60％、10％至50％、10％至40％、10％至30％、或甚至5至20范围内)的孔隙率。

3A.根据任一项前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，其中所述导热颗粒包含非导电颗粒(例如，包含氮化硼、三水合铝、碳化硅和金属氧化物(例如，氧化铝和氧化铁)的陶瓷颗粒)。

4A.根据任一项前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，其中所述导热颗粒包含导电颗粒(例如，包含铝、铜、镍和金的金属颗粒)。

5A.根据任一项前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，其中所述导热颗粒具有在100nm至2mm的范围内(在一些实施方案中，在200nm至1000nm范围内)的平均粒度(最长尺寸的平均长度)。

6A.根据任一项前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，其中所述多孔聚合物网络结构包含以下中的至少一种：聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚苯醚、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚烯烃、苯乙烯或苯乙烯基无规和嵌段共聚物、氯化聚合物、氟化聚合物或乙烯和氯三氟乙烯的共聚物。

7A.根据任一项前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，其中所述多孔聚合物网络结构包含相分离的多个互连形态(例如，原纤、结节、节点、开孔、闭孔、叶状花边、股线、节点、球体或蜂窝结构中的至少一种)。

8A.根据任一项前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，其中所述多孔聚合物网络结构包含数均分子量在5×10⁴g/mol至1×10⁷g/mol范围内(在一些实施方案中，在1×10⁶g/mol至8×10⁶g/mol、2×10⁶g/mol至6×10⁶g/mol、或甚至3×10⁶g/mol至5×10⁶g/mol范围内)的聚合物。

9A.根据任一项前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，其中所述聚合物基质复合材料呈厚度在50微米至7000微米范围内的层的形式。

10A.根据任一项前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，其中所述多孔聚合物网络结构通过可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液的诱导相分离来制备。

11A.根据示例性实施方案10A所述的聚合物基质复合材料，其中诱导相分离为热诱导相分离和溶剂诱导相分离中的至少一者。

12A.根据任一项前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，其具有对置的第一平坦主表面和第二平坦主表面。

13A.根据任一项前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，其具有对置的第一主表面和第二主表面，其中所述第一主表面为非平坦的(例如，弯曲的或其间没有平坦表面的突出部)。

14A.根据示例性实施方案12A或13A所述的聚合物基质复合材料，其中所述第一主表面具有从所述第一主表面向外延伸的第一突出部。在一些实施方案中，所述突出部与所述第一主表面成一整体。

15A.根据示例性实施方案14A所述的聚合物基质复合材料，其中所述第一突出部为柱、导轨、钩、锥体、连续轨、连续多向轨、半球、圆柱体或多叶状圆柱体中的至少一者。

16A.根据示例性实施方案12A至15A中任一项所述的聚合物基质复合材料，其中所述第一主表面具有延伸到所述第一主表面中的第一凹陷部。

17A.根据示例性实施方案16A所述的聚合物基质复合材料，其中所述第一凹陷部为凹槽、狭槽、倒金字塔、孔(包括通孔或盲孔)或凹坑中的至少一者。

18A.根据示例性实施方案14A至17A中任一项所述的聚合物基质复合材料，其中所述第二主表面具有从所述第二主表面向外延伸的第二突出部。

19A.根据示例性实施方案18A所述的聚合物基质复合材料，其中所述第二突出部为柱、导轨、钩、锥体、连续轨、连续多向轨、半球、圆柱体或多叶状圆柱体中的至少一者。

20A.根据示例性实施方案14A至19A中任一项所述的聚合物基质复合材料，其中所述第二主表面具有延伸到所述第二主表面中的第二凹陷部。

21A.根据示例性实施方案20A所述的聚合物基质复合材料，其中所述第二凹陷部为凹槽、狭槽、倒金字塔、孔(包括通孔或盲孔)或凹坑中的至少一者。

22A.根据任一项前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，所述聚合物基质复合材料还包含增强材料(例如，附接到所述聚合物基质复合材料、部分地在其中、和/或在其中)。

23A.根据任一项前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，其可包裹在0.5mm(在一些实施方案中，0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、1cm、5cm、10cm、25cm、50cm或甚至1米)棒上而不断裂。

24A.根据任一项前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，其包含以下中的至少一种：粘度调节剂(例如热解法二氧化硅、嵌段共聚物和蜡)、增塑剂、热稳定剂(例如，诸如可例如以商品名“Irganox 1010”得自德国路德维希港巴斯夫公司(BASF,Ludwigshafen,Germany))、抗微生物剂(例如，银和季铵)、阻燃剂、抗氧化剂、染料、颜料或紫外线(UV)稳定剂。

1B.一种制备根据任一项前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料的方法，所述方法包括：

使所述浆液成形为制品(例如，层)；

2B.根据示例性实施方案1B所述的方法，所述方法还包括在诱导热塑性聚合物与溶剂的相分离之后，从所述成形制品中移除溶剂的至少一部分(在一些实施方案中，基于所述成形制品中溶剂的重量计，溶剂的至少5重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％、95重量％、96重量％、97重量％、98重量％、99重量％、99.5重量％、或甚至100重量％)。

3B.根据示例性实施方案2B所述的方法，其中基于所述成形制品中溶剂的重量计，移除至少90重量％的溶剂，其中在基于所述成形制品中溶剂的重量计移除至少90重量％的溶剂之前，所述溶剂的所述成形制品具有第一体积，其中在基于所形成制品中溶剂的重量计移除至少90重量％的溶剂之后，所述成形制品具有第二体积，并且其中第一体积与第二体积之间的差(即(第一体积减去第二体积)除以第一体积乘以100)小于10％(在一些实施方案中，小于9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.75％、0.5％、或甚至小于0.3％)。

4B.根据示例性实施方案3B所述的方法，其中所述制品具有第一主表面和第二主表面，所述第一主表面和第二主表面具有垂直于所述第一主表面和第二主表面的末端，并且其中所述末端在所述溶剂移除期间不受限制。

5B.根据示例性实施方案3B或4B所述的方法，其中在溶剂移除之后，所述成形制品具有至少5％(在一些实施方案中，至少10％、20％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、或甚至至少90％；在一些实施方案中，在25％至90％的范围内)的孔隙率。

6B.根据示例性实施方案1B所述的方法，其中未从所述成形制品中移除溶剂(即使在诱导热塑性聚合物与溶剂的相分离之后)。

7B.根据任一项前述B示例性实施方案所述的方法，其中诱导相分离包括热诱导相分离。

8B.根据任一项前述B示例性实施方案所述的方法，其中所述浆液中的所述聚合物具有熔点，其中所述溶剂具有沸点，并且其中组合在低于所述浆液中所述聚合物的所述熔点下，并且在低于所述溶剂的所述沸点下进行。

9B.根据任一项前述B示例性实施方案所述的方法，其中所述浆液中的所述聚合物具有熔点，并且其中诱导相分离在低于所述浆液中所述聚合物的所述熔点下进行。

10B.根据任一项前述B示例性实施方案所述的方法，所述方法还包括压缩所述聚合物基质复合材料。

11B.根据示例性实施方案1B至9B中任一项所述的方法，所述方法还包括在施加压缩力的同时向所述聚合物基质复合材料施加振动能量。

12B.根据任一项前述B示例性实施方案所述的方法，其中所述多孔聚合物网络结构包含以下中的至少一种：聚丙烯腈、聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚苯醚、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚烯烃、苯乙烯或苯乙烯基无规和嵌段共聚物、氯化聚合物、氟化聚合物或乙烯和氯三氟乙烯的共聚物。

13B.根据任一项前述B示例性实施方案所述的方法，其中所述多孔聚合物网络结构包含多个互连形态(例如，原纤、结节、节点、开孔、闭孔、叶状花边、股线、节点、球体或蜂窝结构中的至少一种)。

14B.根据任一项前述B示例性实施方案所述的方法，其中所述多孔聚合物网络结构通过可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液的诱导相分离来制备。

15B.根据示例性实施方案14B所述的聚合物基质复合材料，其中诱导相分离为热诱导相分离。

1C.一种制备根据任一项前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料的方法，所述方法包括：

诱导所述热塑性聚合物与所述溶剂相分离；以及

2C.根据示例性实施方案1C所述的方法，其中诱导相分离包括热诱导相分离或溶剂诱导相分离中的至少一者。

3C.根据示例性实施方案1C所述的方法，其中所述可混溶热塑性聚合物-溶剂溶液中的所述聚合物具有熔点，其中所述溶剂具有沸点，并且其中组合在高于所述可混溶热塑性聚合物-溶剂溶液的所述熔点下，并且在低于所述溶剂的所述沸点下进行。

4C.根据任一项前述C示例性实施方案所述的方法，其中所述可混溶热塑性聚合物-溶剂溶液中的所述聚合物具有熔点，并且其中诱导相分离在低于所述可混溶热塑性聚合物-溶剂溶液中所述聚合物的所述熔点下进行。

5C.根据任一项前述C示例性实施方案所述的方法，所述方法还包括压缩所述聚合物基质复合材料。

6C.根据示例性实施方案1C至4C中任一项所述的方法，所述方法还包括在施加压缩力的同时向所述聚合物基质复合材料施加振动能量。

7C.根据任一项前述C示例性实施方案所述的方法，其中所述多孔聚合物网络结构包含以下中的至少一种：聚丙烯腈、聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚苯醚、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚烯烃、苯乙烯或苯乙烯基无规和嵌段共聚物、氯化聚合物、氟化聚合物或乙烯和氯三氟乙烯的共聚物。

8C.根据任一项前述C示例性实施方案所述的方法，其中所述多孔聚合物网络结构包含多个互连形态(例如，原纤、结节、节点、开孔、闭孔、叶状花边、股线、节点、球体或蜂窝结构中的至少一种)。

1D.一种电子器件(例如，电池、马达、电冰箱、电路板、太阳能电池或加热器)，其包括根据任一项前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料。

1E.一种制品(例如，电子器件)，其包括热源和与所述热源接触的任一项前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料。

以下实施例进一步说明了本发明的优点和实施方案，但是这些实施例中所提到的具体材料及其量以及其它条件和细节均不应被解释为是对本发明的不当限制。除非另外指明，否则所有份数和百分比均按重量计。

实施例

气流阻力测试

使用密度计(以型号4110获自纽约州特洛伊市的高利精密仪器公司(GurleyPrecision Instruments,Troy,NY))和定时器(以型号4320获自高利精密仪器公司(GurleyPrecision Instruments))测量气流阻力。将样品夹持在测试仪中。复位计时器和光眼，并且释放滚筒，使空气通过具有4.88英寸(12.4cm)水(1215N/m²)的恒定力的1平方英寸(6.5cm²)圆。记录通过50cm³空气的时间。

泡点压力测试

泡点压力是表征多孔隔膜中最大孔的常用技术。切割直径为47mm的盘，并且将样品浸泡在矿物油中以完全填充和润湿样品内的孔。然后，湿样品被置于夹持器(47mm；不锈钢夹持器部件#2220，得自纽约州华盛顿港的颇尔公司(Pall Corporation,PortWashington,NY))中。使用压力控制器在样品的顶部缓慢增加压力，并且使用气体流量计在底部测量气流。当从基线流量的流量显著增加时，记录压力。这被报告为泡点压力磅/平方英寸(psi)(厘米汞柱，cm Hg或帕斯卡，Pa)。该技术是对ASTM F316-03(2006)，“通过泡点和平均流量孔测试测定膜过滤器的孔径特性的标准测试方法(Standard Test Methods forPore Size Characteristics of Membrane Filters by Bubble Point and Mean FlowPore Test)”(其公开内容以引用的方法并入本文)的修改，并且包括自动压力控制器和流量计以定量何时已达到泡点压力。使用以下公式根据ASTM计算孔径：

限制孔直径(μm)＝(以达因/cm*0.415为单位的表面张力)/(以psi为单位的压力)

包括因数0.415，因为压力以psi为单位。将34.7达因/厘米的表面张力用于矿物油。

密度和孔隙率测试

使用与ASTM F-1315-17(2017)，“密封垫圈材料的密度的标准测试方法(StandardTest Method for Density of a Sheet Gasket Material)”(其公开内容以引用方式并入本文)类似的方法计算样品的密度，所述方法通过：切割47mm直径的圆盘，在合适分辨率(通常为0.0001克)的分析天平上称量盘，以及在具有7.3psi(50.3KPa)自重和0.63英尺(1.6cm)直径的平砧的厚度计(以型号49-70获自特拉华州纽卡斯尔市的测试机器公司(Testing Machines,Inc.New Castle,DE)上，以约3秒的保压时间和+/-0.0001英寸的分辨率测量圆盘的厚度。然后通过将质量除以体积来计算密度，该体积由样品的厚度和直径计算。利用聚合物基质复合材料的组分的已知密度和重量分数，通过混合物规则计算聚合物基质复合材料的理论密度。使用理论密度和测量的密度，孔隙率被计算为：

孔隙率＝[1-(测得的密度/理论密度)]×100

热导率测试

直接热扩散率测量使用根据ASTM E1461(2013)的闪光分析方法(其公开内容以引用方式并入本文)，使用闪光热物理特性分析仪(获自来自马萨诸塞州波士顿的北美耐驰仪器LLC的“HYPERFLASH LFA467”)进行。每个样品组包括参考样品(以商品名“AXM-5Q POCOGRAPHITE”获自德克萨斯州迪凯特的步高石墨公司(Poco Graphite,Decatur,TX))用作扩散率测量的方法对照。样品在光入射侧和检测侧上均涂有3微米-5微米的喷涂石墨层(以商品名“DGF 123DRY GRAPHITE FILM SPRAY”获自俄亥俄州克利夫兰市的奇迹动力产品公司(Miracle Power Products Corporation,Cleveland,OH))，以标准化所测试样品的表面扩散率和吸收率。在称为“发射”的单次测量中，将短持续时间脉冲的光(氙闪光灯，230V，15微秒持续时间)照射到样品的一侧上，并在样品的另一侧上记录热谱曲线(测得的温度的时间轨迹)，如由InSb红外检测器上的电压测量。根据针对贯通平面的Cowan Plus脉冲校正模型的热谱曲线拟合与针对平面内的平面内各向异性加热损耗计算扩散率，并且根据ASTME1269(2011)“准等温适度DSC(Quasi-Isothermal Moderated DSC)”(其公开内容以引用方式并入本文)，使用DSC仪器(以商品名“Q2000 DSC”获自德克萨斯州纽卡斯尔市的TA仪器公司(TA Instruments,New Castle,DE))，通过差示扫描量热法(DSC)来计算热容量。使用蓝宝石作为DSC的基准。使用Cowan方法计算贯通平面扩散率，对有限的脉冲宽度进行附加校正，而平面内扩散率借助软件(以商品名“Proteus”获自德国塞尔布的耐驰公司(Netzsch,Selb,Germany))使用各向同性模型计算。在25℃下获得每个样品的五次发射。测量密度(ρ)(根据2.54cm(1英寸)圆盘的几何形状)、比热容(c_P)(通过差示扫描量热法)和(α)扩散率的乘积提供热导率。即，

k(W/(m*K))＝ρ(g/cm³)×c_P(J/K/g)×α(mm²/s)。

电阻测试

使用电导计(以商品名“WAVETEK DM25XT”获自加利福尼亚州圣地亚哥的联颖光电公司(WaveTek Corporation,San Diego,CA))测量电阻。将该电导计的探针放置在27-mm直径的圆盘的边缘上，该圆盘放置在纸片上并使其平衡5秒。记录所得电阻(欧姆)。

实施例1

向120毫升(4盎司)玻璃瓶中装入3克超高分子量聚乙烯(UHMWPE)(以商品名“GUR-2126”获自德克萨斯州欧文的塞拉尼斯公司(Celanese Corporation,Irving,TX))，和56.7克氮化硼(以商品名“3M BORON NITRIDE COOLING FILLER AGGLOMERATES 50”获自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN))，并与声学混合器(以商品名“LABRAMRESONATACOUSTIC MIXER”获自蒙大拿州比尤特的Resodyn公司(Resodyn Inc,Butte,MT))一起在70％的强度下摇动1分钟。将71.7克低气味煤油(获自马萨诸塞州沃德希尔的阿法埃莎公司(Alfa Aesar,Ward Hill,MA))加入到该混合物中，并且用刮刀通过手搅拌直至获得均匀的浆液。在室温(约25℃)下用铲将浆液施加到3密耳(75微米)热稳定的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬垫(以商品名“COATED PET ROLL#33716020500”获自3M公司)，然后在顶部施加3密耳(75微米)热稳定的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬垫(“COATED PET ROLL#33716020500”)以夹住浆液。然后通过使用被设置成36密耳(914.4微米)间隙的凹口棒将浆液铺展在PET衬垫之间。凹口棒导轨宽于PET衬垫，以获得30密耳(762微米)的有效湿膜厚度。使用具有增大的凹口棒的向下压力的渐进式多次传递来压平浆液。将夹置的、形成的浆液置于铝托盘上并置于135℃(275℉)的实验室烘箱(以商品名“DESPATCH RFD1-42-2E”获自明尼苏达州明尼阿波利斯的Despatch公司(Despatch,Minneapolis,MN))中5分钟以活化(即，使UHMWPE溶解到溶剂中形成单相)。将具有活化成形的夹置浆液的托盘从烘箱中取出，并使其空气冷却至环境温度(约25℃)，形成溶剂填充的聚合物基质复合材料。去除顶部衬垫和底部衬垫两者，使聚合物基质复合材料暴露于空气。然后将聚合物基质复合材料放回托盘上的PET衬垫(“COATED PET ROLL#33716020500”)上，并且将托盘插入到100℃(215℉)下的实验室烘箱(“DESPATCH RFD1-42-2E”)中持续一小时。在蒸发之后，将聚合物基质复合材料从烘箱中取出，使其冷却至环境温度并进行表征。

参见图4，示出了用SEM(以商品名“PHENOM”获自俄勒冈州希尔斯伯勒的FEI公司(FEI Company,Hillsboro,OR))获得的聚合物基质复合材料的横截面的扫描电镜(SEM)数字图像。通过液氮冷冻压裂，之后用溅射涂布机(以商品名“EMITECH K550X”获自英国萨塞克斯郡劳顿的Quorum技术公司(Quorum Technologies,Laughton East Sussex,England))进行金溅射涂布来制备横截面样品。

所得聚合物基质复合材料为23.7密耳(603微米)厚，并且测量密度为0.524g/cm³(如通过“密度和孔隙率测试”测定)，孔隙率为75.2％(如通过“密度和孔隙率测试”测定)，格利气流为4秒/50cm³(如通过“气流阻力测试”测定)，孔径为2.2微米(如通过“泡点压力测试”测定)，比热容为0.818J/K/g(如通过“热导率测试”测定)，贯通平面热扩散率为3.440mm²/s，平面内热扩散率为2.398mm²/s(如通过“热导率测试”测定)，并且贯通平面导热系数为1.475W/(m*K)，平面内导热系数为1.028W/(m*K)(如通过“导热系数测试”测定)。

实施例2

实施例2为从实施例1聚合物基质复合材料冲压的27mm直径的圆盘。将圆盘放置在两个离型衬垫之间，然后置于两片金属板之间。在环境温度(约25℃)下，在6804千克(7.5吨)的压力下，在液压机(以商品名“WABASH-GENESIS MODEL G30H-15-LP”获自印第安纳州沃巴什的Wabash MPI(Wabash MPI,Wabash,IN))中将样品压缩15秒。

参见图5，示出了聚合物基质复合材料的横截面的SEM数字图像。

如实施例1中所述测试所得致密的聚合物基质复合材料。致密的聚合物基质复合材料为6.5密耳(165微米)厚，并且测量密度为1.547g/cm³，孔隙率为24.3％，比热容为0.850J/K/g，贯通平面热扩散率为7.347mm²/s且平面内热扩散率为16.777mm²/s，并且贯通平面热导率为9.657W/(m*K)且平面内热导率为22.051W/(m*K)。

实施例3

如实施例2所述制备和测试实施例3，不同的是涂布到PET衬垫(“COATED PETROLL#33716020500”)上的浆液为1.25克UHMWPE(“GUR-2126”)、23.74克氧化铝(以商品名“ALUMINUM OXIDE TRIMODAL SPHERICAL TA6T1”获自日本兵库县姬路市的新日铁(NipponSteel,Himeji City,Hyogo,Japan))和8克低气味煤油。

参见图6，示出了聚合物基质复合材料的横截面的SEM数字图像。

所得压缩的聚合物基质复合材料为21.7密耳(551微米)厚，并且密度为2.351g/cm³，孔隙率为35.7％，比热容为0.833J/K/g，贯通平面热扩散率为0.563mm²/s且平面内热扩散率为1.489mm²/s，并且贯通平面热导率为1.122W/(m*K)且平面内热导率为2.101W/(m*K)。

实施例4

如实施例2所述制备和测试实施例4，不同的是浆液为0.628克UHMWPE(“GUR-2126”)、11.86克氢氧化铝(以商品名“MOLDX A110”获自佐治亚州亚特兰大的J.M.Huber公司(J.M.Huber Corporation,Atlanta,GA))和8克低气味煤油。

参见图7，示出了聚合物基质复合材料的横截面的SEM数字图像。

所得压缩的聚合物基质复合材料为16.0密耳(406.4微米)厚，并且测量密度为1.695g/cm³，孔隙率为29.7％，比热容为1.191J/K/g，贯通平面热扩散率为1.006mm²/s且平面内热扩散率为2.228mm²/s，并且贯通平面热导率为2.031W/(m*K)且平面内热导率为4.497W/(m*K)。

实施例5

如实施例2所述制备和测试实施例5，不同的是浆液为0.628克UHMWPE(“GUR-2126”)、11.87克碳化硅(以商品名“ELECTROCARB800W BLACK SIC”获自纽约州布法罗的Electro Abrasives(Electro Abrasives,Buffalo,NY))和9.15克低气味煤油。

参见图8，示出了聚合物基质复合材料的横截面的SEM数字图像。

所得压缩的聚合物基质复合材料为18.0密耳(457.2微米)厚，并且测量密度为1.518g/cm³，孔隙率为50.8％，比热容为0.681J/K/g，贯通平面热扩散率为0.449mm²/s且平面内热扩散率为1.969mm²/s，并且贯通平面热导率为0.477W/(m*K)且平面内热导率为2.094W/(m*K)。

实施例6

如实施例1中所述制备和测试实施例6，不同的是浆液为0.628克UHMWPE(“GUR-2126”)、11.85克碳化硅(以商品名“ELECTROCARB1200/F BLACK SIC”获自纽约州布法罗的Electro Abrasives(Electro Abrasives,Buffalo,NY))和9.0克低气味煤油。

所得未压缩聚合物基质复合材料为29.2密耳(741.7微米)厚，并且密度为1.036g/cm³，孔隙率为67.2％，格利气流为16.2秒/50cm³，比热容为0.643J/K/g，贯通平面热扩散率为0.312mm²/s且平面内热扩散率为1.444mm²/s，并且贯通平面热导率为0.208W/(m*K)且平面内热导率为0.962W/(m*K)。

实施例7

如实施例6中所述制备和测试实施例7，不同的是将其如实施例2中所述进行压缩。

所得压缩的聚合物基质复合材料为15.8密耳(401.3微米)厚，并且密度为1.546g/cm³，孔隙率为51.1％，比热容为0.678J/K/g，贯通平面热扩散率为0.39mm²/s且平面内热扩散率为3.623mm²/s，并且贯通平面热导率为0.409W/(m*K)且平面内热导率为3.802W/(m*K)。

实施例8

如实施例1中所述制备和测试实施例8，不同的是浆液为1.5克UHMWPE(“GUR-2126”)、70克铜(以商品名“COPPER POWDER,DENDRIDIC,3MICRON,99.7％”获自密苏里州圣路易斯的奥德里奇化学公司(Aldrich Chemical Company,St.Louis,MO))和36克低气味煤油。

参见图9，示出了聚合物基质复合材料的横截面的SEM数字图像。

所得未压缩聚合物基质复合材料为31.2密耳(792.5微米)厚，并且密度为1.535g/cm³，孔隙率为79.9％，格利气流为4.8秒/50cm³，孔径为2.1微米，比热容为0.392J/K/g，贯通平面热扩散率为0.530mm²/s且平面内热扩散率为2.240mm²/s，贯通平面热导率为0.319W/(m*K)且平面内热导率为1.348W/(m*K)，并且电阻为14兆欧姆(如通过“电阻测试”测定)。

实施例9

如实施例8中所述制备和测试实施例9，不同的是将其如实施例2中所述进行压缩，不同的是在245℉(118℃)下将压力增加到27,215千克(30吨)持续30秒。

所得压缩的聚合物基质复合材料为7.4密耳(188.0微米)厚，并且密度为6.003g/cm³，孔隙率为17.9％，比热容为0.392J/K/g，贯通平面热扩散率为4.723mm²/s且平面内热扩散率为30.047mm²/s，贯通平面热导率为11.357W/(m*K)且平面内热导率为70.718W/(m*K)，并且电阻为0.5欧姆。

实施例10

如实施例1中所述制备和测试实施例10，不同的是浆液为1.5克UHMWPE(“GUR-2126”)、55克合成金刚石(以商品名“LS-MA0SYNTHETIC METAL BOND DIAMOND POWDER,UNCOATED,100/120MESH”获自纽约州纽约市的LANDS Superabrasives公司(LANDSSuperabrasives Co.,New York,NY))、55克合成金刚石(以商品名“LS-MA0 SYNTHETICMETAL BOND DIAMOND POWDER,UNCOATED,120/140MESH”获自LANDS Superabrasives公司)，以及21克低气味煤油。

参见图10，示出了聚合物基质复合材料的横截面的SEM数字图像。

所得未压缩聚合物基质复合材料为33.7密耳(856微米)厚，并且密度为2.052g/cm³，孔隙率为35.5％，格利气流为14.2秒/50cm³，孔径为6.0微米，比热容为0.525J/K/g，贯通平面热扩散率为0.604mm²/s且平面内热扩散率为2.331mm²/s，并且贯通平面热导率为0.651W/(m*K)且平面内热导率为2.511W/(m*K)。

实施例11

如实施例10中所述制备和测试实施例11，不同的是将其如实施例2中所述进行压缩，并且在245℉(118℃)下将压力增加到27,215千克(30吨)持续30秒。

所得压缩的聚合物基质复合材料为27.6密耳(710微米)厚，并且密度为2.052g/cm³，孔隙率为27.5％，比热容为0.525J/K/g，贯通平面热扩散率为0.986mm²/s且平面内热扩散率为2.211mm²/s，并且贯通平面热导率为1.065W/(m*K)且平面内热导率为2.382W/(m*K)。

在不脱离本发明的范围和实质的情况下，本公开的可预知的变型和更改对本领域的技术人员来说将显而易见。本发明不应受限于本申请中为了说明目的所示出的实施方案。

Claims

1.一种聚合物基质复合材料，所述聚合物基质复合材料包含：

多孔聚合物网络；以及

分布在所述聚合物网络结构内的多个导热颗粒，

其中基于所述导热颗粒和所述聚合物的总重量计，所述导热颗粒在15重量％至99重量％的范围内存在；并且其中所述聚合物基质复合材料具有至少0.3g/cm³的密度。

2.根据权利要求1所述的聚合物基质复合材料，其中所述聚合物基质复合材料具有小于80％的孔隙率。

3.根据任一项前述权利要求所述的聚合物基质复合材料，其中所述导热颗粒包含以下中的至少一种：铝、铜、银、石墨、金刚石、SiC、Si₃N₄、AlN、BeO、MgO、Al₂O₃、氢氧化铝、羟基氧化铝、六方氮化硼、立方氮化硼、ZnO、天然硅铝酸盐或合成硅铝酸盐。

4.根据任一项前述权利要求所述的聚合物基质复合材料，其中所述导热颗粒包含非导电颗粒。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的聚合物基质复合材料，其中所述导热颗粒包含导电颗粒。

6.根据任一项前述权利要求所述的聚合物基质复合材料，其中所述导热颗粒具有在100纳米至2毫米范围内的平均粒度。

7.根据任一项前述权利要求所述的聚合物基质复合材料，其中所述多孔聚合物网络结构包含以下中的至少一种：聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚苯醚、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚烯烃、苯乙烯或苯乙烯基无规和嵌段共聚物、氯化聚合物、氟化聚合物或乙烯和氯三氟乙烯的共聚物。

8.根据任一项前述权利要求所述的聚合物基质复合材料，其中所述多孔聚合物网络结构包含相分离的多个互连形态。

9.根据任一项前述权利要求所述的聚合物基质复合材料，其中所述多孔聚合物网络结构包含数均分子量在5×10⁴g/mol至1×10⁷g/mol范围内的聚合物，并且其中所述聚合物基质复合材料呈厚度在50微米至7000微米范围内的层的形式。

10.一种制备根据任一项前述权利要求所述的聚合物基质复合材料的方法，所述方法包括：

将热塑性聚合物、溶剂和多个导热颗粒组合以提供浆液；

使所述浆液成形为制品；

在环境中加热所述制品以在所述制品中保留基于所述制品中所述溶剂的重量计至少90重量％的所述溶剂，并且基于所述热塑性聚合物的总重量计使至少50重量％的所述热塑性聚合物溶解；以及

11.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括在诱导所述热塑性聚合物与所述溶剂相分离之后，从成形制品中移除所述溶剂的至少一部分。

12.根据权利要求11所述的方法，其中未从所述成形制品中移除溶剂。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中诱导相分离包括热诱导相分离。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其中所述浆液中的所述聚合物具有熔点，其中所述溶剂具有沸点，并且其中组合在低于所述浆液中所述聚合物的所述熔点下，并且在低于所述溶剂的所述沸点下进行。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，其中所述浆液中的所述聚合物具有熔点，并且其中诱导相分离在低于所述浆液中所述聚合物的所述熔点下进行。

16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，所述方法还包括压缩所述聚合物基质复合材料。

17.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，所述方法还包括在施加压缩力的同时向所述聚合物基质复合材料施加振动能量。

18.一种制备根据权利要求1至9中任一项所述的聚合物基质复合材料的方法，所述方法包括：

将热塑性聚合物、用于所述热塑性聚合物的溶剂和多个导热颗粒组合以在可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液中形成导热颗粒的悬浮液；

诱导所述热塑性聚合物与所述溶剂相分离；以及

19.根据权利要求18所述的方法，其中诱导相分离包括热诱导相分离或溶剂诱导相分离中的至少一者。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述可混溶热塑性聚合物-溶剂溶液中的所述聚合物具有熔点，其中所述溶剂具有沸点，并且其中组合在高于所述可混溶热塑性聚合物-溶剂溶液的所述熔点下，并且在低于所述溶剂的所述沸点下进行。

21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其中所述可混溶热塑性聚合物-溶剂溶液中的所述聚合物具有熔点，并且其中诱导相分离在低于所述可混溶热塑性聚合物-溶剂溶液中所述聚合物的所述熔点下进行。

22.根据权利要求18至21中任一项所述的方法，所述方法还包括压缩所述聚合物基质复合材料。

23.根据权利要求18至21中任一项所述的方法，所述方法还包括在施加压缩力的同时向所述聚合物基质复合材料施加振动能量。

24.一种电子器件，所述电子器件包括根据权利要求1至9中任一项所述的聚合物基质复合材料。

25.一种制品，所述制品包括热源和与所述热源接触的根据权利要求1至9中任一项所述的聚合物基质复合材料。