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鳞片石墨-石墨烯导热复合材料及其制备方法和系统、散热器技术方案

技术编号:18455213 阅读:19 留言:0更新日期:2018-07-18 11:25
本发明专利技术公开了鳞片石墨‑石墨烯导热复合材料及其制备方法和系统、散热器,该制备方法,包括:(1)将鳞片石墨和石墨烯在乙醇中进行超声分散,得到导热填料分散液;(2)将聚合物基体在乙醇中进行超声分散,得到聚合物基体分散液;(3)将所述导热填料分散液和所述聚合物基体分散液混合进行磁力搅拌,得到混合物料;(4)将所述混合物料进行干燥处理,得到干燥物料;(5)将所述干燥物料在挤出机中进行熔融共混,得到熔融共混料;(6)将所述熔融共混料进行注塑成型,得到鳞片石墨‑石墨烯导热复合材料。由此,采用该制备方法可以得到具有优异导热性能和力学性能的复合材料,并且该复合材料相较于金属部件具有明显低比重优势。

【技术实现步骤摘要】
鳞片石墨-石墨烯导热复合材料及其制备方法和系统、散热器
本专利技术属于复合材料
,具体而言,本专利技术涉及鳞片石墨-石墨烯导热复合材料及其制备方法和系统、散热器。
技术介绍
随着电子器件的微型化和高功率化的发展,器件内部的温度显著升高,热管理成为决定其寿命及功率的关键因素。目前,在导热散热工业中传统的是使用金属材料或者合金作为导热材料。由于金属导热制品比重大、机械加工成本高、易于腐蚀、易导电等特点,限制了其在导热领域的进一步发展。而聚合物因其良好的加工性能、较低的密度、较好的化学稳定性以及绝缘性等在导热领域受到广泛的关注。热塑性塑料如聚丙烯、聚乙烯、尼龙等因其化学性质稳定、机械加工性能良好以及可以多次加热循环重复使用等特点被广泛应用。普通聚合物的热导率低于0.3W/mK,使其在使用过程中热量不能及时耗散、零部件发热现象严重、导致部件老化等问题,严重影响器件的使用寿命和稳定性,进而影响产品的使用性能。向聚合物基体中添加高导热填料是提高复合材料导热性能的一个主要方法。石墨烯自从被发现以来由于其具有诸多优异性能(如优异的导电性能、力学性能等)而受到广泛关注,其超高的热导率(~5000W/mK)使得石墨烯在热管理领域具有巨大的应用前景。但目前可大规模量产的石墨烯原料都是粉体状态,石墨烯的片径一般在30微米以下。片径过于细小,作为导热填料单独使用也难以实现大量添加,因此单独使用石墨烯作为填料并不利于导热网络的构建和热导的提高。鳞片石墨由于尺寸较大,导热系数较高,价格便宜,且分散在基体中不存在团聚现象,填充量可以大大提高,在提高热导率方面有着明显的优势。但是,鳞片石墨的加入,使得复合材料变得又硬又脆,力学性能下降,这也限制了鳞片石墨填充聚合物复合材料的应用。因此,现有的导热复合材材料有待进一步研究。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本专利技术的一个目的在于提出一种鳞片石墨-石墨烯导热复合材料及其制备方法和系统、散热器,采用该制备方法可以得到具有优异导热性能和力学性能的复合材料,并且该复合材料相较于金属部件具有明显低比重优势。在本专利技术的一个方面,本专利技术提出了一种制备鳞片石墨-石墨烯导热复合材料的方法。根据本专利技术的实施例,所述方法包括:(1)将鳞片石墨和石墨烯在乙醇中进行超声分散,以便得到导热填料分散液;(2)将聚合物基体在乙醇中进行超声分散,以便得到聚合物基体分散液(3)将所述导热填料分散液和所述聚合物基体分散液混合进行磁力搅拌,以便得到混合物料;(4)将所述混合物料进行干燥处理,以便得到干燥物料;(5)将所述干燥物料在挤出机中进行熔融共混,以便得到熔融共混料;(6)将所述熔融共混料进行注塑成型,以便得到鳞片石墨-石墨烯导热复合材料。根据本专利技术实施例的制备鳞片石墨-石墨烯导热复合材料的方法通过采用鳞片石墨和石墨烯混合作为导热填料,石墨烯可以填充在鳞片石墨之间,小尺寸的石墨烯和大尺寸的鳞片石墨可以协同构造出三维导热通道,并且将含有鳞片石墨和石墨烯的导热填料分散液和聚合物基体分散液进行磁力搅拌,可以使得石墨烯和鳞片石墨均匀分散在聚合物基体中,从而使得所得复合材料具有优异的导热性能和力学性能,进而克服了石墨烯和鳞片石墨单一粒子填充复合材料综合性能不佳的问题,并且本申请所得复合材料相较于金属部件具有明显低比重优势,另外本申请的工艺简单,操作可控,复合材料性能提高明显,适合工业化生产。另外,根据本专利技术上述实施例的制备鳞片石墨-石墨烯导热复合材料的方法还可以具有如下附加的技术特征:在本专利技术的一些实施例中,在步骤(1)中,所述鳞片石墨的片径为200~500微米,所述石墨烯的片径为0.1~30微米。由此,可以显著提高使得所得复合材料的导热性能和力学性能。在本专利技术的一些实施例中,在步骤(1)中,所述石墨烯和所述鳞片石墨的质量比为1:(10~20)。由此,可以进一步提高使得所得复合材料的导热性能和力学性能。在本专利技术的一些实施例中,在步骤(1)中,所述鳞片石墨与所述石墨烯的总重量为所述复合材料的1~50%。由此,可以进一步提高使得所得复合材料的导热性能和力学性能。在本专利技术的一些实施例中,在步骤(2)中,所述聚合物基体为选自聚烯烃、聚氯乙烯、聚酯、聚碳酸酯和聚酰胺中的至少一种。在本专利技术的一些实施例中,在步骤(4)中,所述干燥处理的温度为70~90℃。由此,可以进一步提高使得所得复合材料的导热性能和力学性能。在本专利技术的一些实施例中,在步骤(5)中,所述双螺杆挤出机的上下板温度比所述聚合物基体的熔融温度高10~30℃,熔融共混时间为3~5min。由此,可以进一步提高使得所得复合材料的导热性能和力学性能。在本专利技术的一些实施例中,在步骤(6)中,所述注塑成型过程中注射压力为700~900MPa。由此,可以进一步提高使得所得复合材料的导热性能和力学性能。在本专利技术的再一个方面,本专利技术提出了一种制备鳞片石墨-石墨烯导热复合材料的系统。根据本专利技术的实施例,所述系统包括:第一超声混合装置,所述第一超声混合装置具有鳞片石墨入口、石墨烯入口、第一乙醇入口和导热填料分散液出口;第二超声混合装置,所述第二超声混合装置具有聚合物基体入口、第二乙醇进口和聚合物基体分散液出口;磁力搅拌装置,所述磁力搅拌装置具有物料入口和混合物料出口,所述物料入口分别与所述导热填料分散液出口和所述聚合物基体分散液出口相连;干燥装置,所述干燥装置具有混合物料入口和干燥物料出口,所述混合物料入口与所述混合物料出口相连;挤出机,所述挤出机具有干燥物料入口和熔融共混料出口,所述干燥物料入口与所述干燥物料出口相连;注塑成型装置,所述注塑成型装置具有熔融共混料入口和鳞片石墨-石墨烯导热复合材料出口,所述熔融共混物料入口与所述熔融共混物料出口相连。根据本专利技术实施例的制备鳞片石墨-石墨烯导热复合材料的系统通过采用鳞片石墨和石墨烯混合作为导热填料,石墨烯可以填充在鳞片石墨之间,小尺寸的石墨烯和大尺寸的鳞片石墨可以协同构造出三维导热通道,并且将含有鳞片石墨和石墨烯的导热填料分散液和聚合物基体分散液进行磁力搅拌,可以使得石墨烯和鳞片石墨均匀分散在聚合物基体中,从而使得所得复合材料具有优异的导热性能和力学性能,进而克服了石墨烯和鳞片石墨单一粒子填充复合材料综合性能不佳的问题,并且本申请所得复合材料相较于金属部件具有明显低比重优势,另外本申请的工艺简单,操作可控,复合材料性能提高明显,适合工业化生产。另外,根据本专利技术上述实施例的制备鳞片石墨-石墨烯导热复合材料的系统还可以具有如下附加的技术特征:在本专利技术的一些实施例中,所述挤出机为双螺杆挤出机。由此,可以显著提高使得所得复合材料的导热性能和力学性能。在本专利技术的一些实施例中,所述注塑成型装置中的模具具有多L通道。由此,可以进一步提高使得所得复合材料的导热性能和力学性能。在本专利技术的又一个方面,本专利技术提出了一种鳞片石墨-石墨烯导热复合材料。根据本专利技术的实施例,所述复合材料是采用上述所述的方法或所述的系统制备得到的。由此,复合材料具有优异的导热性能和力学性能,并且本申请的复合材料相较于金属部件具有明显低比重优势。在本专利技术的第四个方面,本专利技术提出了一种散热器。根据本专利技术的实施例,所述散热器是上述所述的鳞片石墨-石墨烯导热复合材本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种制备鳞片石墨‑石墨烯导热复合材料的方法,其特征在于,包括:(1)将鳞片石墨和石墨烯在乙醇中进行超声分散,以便得到导热填料分散液;(2)将聚合物基体在乙醇中进行超声分散,以便得到聚合物基体分散液(3)将所述导热填料分散液和所述聚合物基体分散液混合进行磁力搅拌,以便得到混合物料;(4)将所述混合物料进行干燥处理,以便得到干燥物料;(5)将所述干燥物料在挤出机中进行熔融共混,以便得到熔融共混料;(6)将所述熔融共混料进行注塑成型,以便得到鳞片石墨‑石墨烯导热复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种制备鳞片石墨-石墨烯导热复合材料的方法,其特征在于,包括:(1)将鳞片石墨和石墨烯在乙醇中进行超声分散,以便得到导热填料分散液;(2)将聚合物基体在乙醇中进行超声分散,以便得到聚合物基体分散液(3)将所述导热填料分散液和所述聚合物基体分散液混合进行磁力搅拌,以便得到混合物料;(4)将所述混合物料进行干燥处理,以便得到干燥物料;(5)将所述干燥物料在挤出机中进行熔融共混,以便得到熔融共混料;(6)将所述熔融共混料进行注塑成型,以便得到鳞片石墨-石墨烯导热复合材料。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤(1)中,所述鳞片石墨的片径为200~500微米,所述石墨烯的片径为0.1~30微米。3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,在步骤(1)中,所述石墨烯和所述鳞片石墨的质量比为1:(10~20)。4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤(1)中,所述鳞片石墨与所述石墨烯的总质量为所述复合材料的1~50%。5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤(2)中,所述聚合物基体为选自聚烯烃、聚氯乙烯、聚酯、聚碳酸酯和聚酰胺中的至少一种。6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤(5)中,所述双螺杆挤出机的上下板温度比所述聚合物基体的熔融温度高10~30℃,熔融共混时间为3~5min。7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步...

【专利技术属性】
技术研发人员:白树林任艳娟张亚飞丁天朋李金来
申请(专利权)人:北京大学新奥石墨烯技术有限公司
类型:发明
国别省市:北京,11

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