一种高导热微纳米复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高导热微纳米复合材料及其制备方法。该方法将石墨或膨胀石墨分散于表面改性剂溶液中，高速搅拌30～60分钟后，将所得的混合物超声剥离0.5～10小时后，经过滤、干燥后即得到微纳结构导热填料；将所述微纳结构导热填料与热塑性聚合物经熔融混合或溶液混合后得到微纳米复合材料，再将所制得的微纳米复合材料放入模具中在170℃～300℃，10～18MPa下热压成型即得到高导热微纳米复合材料；微纳结构导热填料在复合材料中的质量含量为5%～30%。本发明专利技术是以石墨或膨胀石墨为原料，在表面改性剂的作用下经超声剥离而成的。本发明专利技术提供的高导热微纳米复合材料导热性能优异、力学性能好、制备工艺简单、成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了。该方法将石墨或膨胀石墨分散于表面改性剂溶液中，高速搅拌30～60分钟后，将所得的混合物超声剥离0.5～10小时后，经过滤、干燥后即得到微纳结构导热填料；将所述微纳结构导热填料与热塑性聚合物经熔融混合或溶液混合后得到微纳米复合材料，再将所制得的微纳米复合材料放入模具中在170℃～300℃，10～18MPa下热压成型即得到高导热微纳米复合材料；微纳结构导热填料在复合材料中的质量含量为5%～30%。本专利技术是以石墨或膨胀石墨为原料，在表面改性剂的作用下经超声剥离而成的。本专利技术提供的高导热微纳米复合材料导热性能优异、力学性能好、制备工艺简单、成本低廉。【专利说明】
本专利技术涉及一种导热复合材料，特别是涉及一种导热性能优异的高导热微纳米复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚合物作为一种广泛使用的材料，具有耐腐蚀、质量轻、价格低廉、易于加工成型等优点，而且在力学性能上能够与金属材料相媲美，因而可以替代金属在化工、能源、电子器件散热、电子信息、电气工程、航空航天等领域具有潜在的应用前景。但聚合物的导热性能差，不能满足实际工程中的高导热要求。因此，开发导热性能优异的复合材料是聚合物大规模推广应用的关键。利用高导热填料对聚合物进行共混改性是提高聚合物导热性能的有效途径。已有文献报道了通过添加不同高导热填料(比如石墨、碳纤维、铜粉、碳纳米管等)对聚合物共混改性制备了导热性能良好的复合材料(高分子材料科学与工程，2005，21 (6):170 - 173 ；Carbon, 2002，40 (3)，359 - 362 ;中国塑料，2004，18 (4):26-28 ；Polymer Degradation andStability, 2006,91 (7),1629~1636 ；Composites Part B:Engineering, 2010, 41(7):533 -536)。微米级导热填料填充的复合导热材料存在的主要问题:(I)在导热填料低填充量的情况下，复合材料的导热性能不高；(2)高填充量(大于30%)情况下，虽然导热性能显著提高，但材料的综合力学性能急剧显著下降，完全不能满足工程上的使用要求。相比之下，纳米级的碳纳米管、石墨烯或纳米石墨片改性的复合材料兼具较好的导热性能和力学性能，但这些纳米导热填料在聚合物基体中容易团聚，导致复合材料的导热性能提高受到限制，而且纳米填料的制备收率低、难以工业化生产。总之，现有复合导热材料不能同时达到导热性能高、综合力学性能好，难以满足实际需要的使用性能，从而限制导热复合材料的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种在保证材料力学性能的同时具备优异的导热性能的高导热微纳米复合材料及其制备方法。本专利技术提供的高导热微纳米复合材料包括微纳结构高导热填料和热塑性聚合物，所述的微纳结构高导热填料为表面改性的石墨(或膨胀石墨)与纳米石墨片的混合物，是以石墨或膨胀石墨为原料，在表面改性剂的作用下经超声剥离而成的。本专利技术目的通过如下技术方案实现:一种高导热微纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤:I)将石墨或膨胀石墨分散于表面改性剂溶液中，高速搅拌30~60分钟后，将所得的混合物超声剥离0.5~10小时后，经过滤、干燥后即得到微纳结构导热填料；所述的表面改性剂为苄胺、萘胺、苯乙酸、1-萘乙酸、2 -萘乙酸、1-萘磺酸钠或2 -萘磺酸钠；所述表面改性剂溶液的溶剂为N，N - 二甲基甲酰胺、N, N- 二乙基甲酰胺、N -甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、异丙醇或水；所述的表面改性剂溶液的质量浓度为I~3% ;每mL表面改性剂溶液含有的石墨或膨胀石墨的重量为5~60mg ；2)将所述微纳结构导热填料与热塑性聚合物经熔融混合或溶液混合后得到微纳米复合材料，再将所制得的微纳米复合材料放入模具中在170°C~300°C，10~18MPa下热压成型即得到高导热微纳米复合材料；微纳结构导热填料在复合材料中的质量含量为5% ~30%ο进一步地，所述熔融混合是指将微钠结构导热填料与热塑性聚合物预混后放入密炼机中，加热熔融后混炼20~50min。所述溶液混合是指将微纳结构导热填料在搅拌下加入到热塑性聚合物溶液中，高速搅拌混合20~60min。所述高速搅拌的转速6000~lOOOOrpm。所述超声剥离的超声频率为25KHZ，超声功率为100~900W。所述热塑性聚合物为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚醚砜(PES)、聚砜(PS)、尼龙(PA)、聚全氟烷氧基酯(PFA)、聚碳酸酯(PC)或聚氯乙烯(PVC)。一种高导热微纳米复合材料，由上述制备方法制得。本专利技术微纳结构导热填料为表面改性的石墨(或膨胀石墨)与纳米石墨片的混合物，是以石墨或膨胀石墨为原料，在表面改性剂的作用下经超声剥离而成的。所采用的高导热填料是以石墨或膨胀石墨为原料，在表面改性剂的作用下经超声剥离而成的。其中，表面改性剂中的苯环(或萘环)通过相互作用插入到石墨(或膨胀石墨)的片层之间，有利于石墨(或膨胀石墨)的剥尚；另一方面，表面改性剂中氣基、竣基和横酸基起到修饰石墨(或膨胀石墨)和纳米石墨片表面化学性质的作`用，有利于增强填料与基材的结合。石墨(或膨胀石墨)在表面改性剂和超声作用下发生部分剥离得到表面改性的石墨(或膨胀)与纳米石墨片的混合物，具有微纳米结构特点，微米级的石墨与纳米级的石墨片通过多尺度协同效应在聚合物中容易形成高效导热网络，而且导热填料经表面改性后可以显著降低导热填料与聚合物基材之间的界面热阻，这两种效应能够使聚合物的导热性能得到显著提高。本专利技术提供的高导热复合材料具有导热性能优异、填料用量少、综合力学性能好的优点。同现有技术相比，本专利技术具有如下优点:1、本专利技术提供的高导热复合材料具有导热性能优异而且导热填料用量小的优点。所采用导热填料为经表面改性的石墨(或膨胀石墨)与纳米石墨片的复合物，不仅易于形成导热网络，而且具有较低的界面热阻。因此在低填充量的情况下可赋予复合材料优异的导热性能。2、本专利技术提供的高导热复合材料的力学性能好。本专利技术高导热填料用量低，而且，填料中的纳米石墨片具有增强聚合物力学性能的作用，因此，不会降低聚合物的力学性倉泛，。3、本专利技术提供的高导热复合材料均可采用常规的聚合物共混方法得到，无需苛刻的合成条件，制备工艺简单；本专利技术所涉及的导热填料可以廉价的石墨或膨胀石墨方便制备，制备工艺简单、成本低廉、易于工业化生产。【具体实施方式】 为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术作进一步地描述。表1为实施例的性能测试结果。其中，Km为复合导热材料的导热系数，Ktl为原聚合物的导热系数，KnZKtl为复合导热材料与原聚合物的导热系数之比，Kffl和Ktl是通过Hotdisk导热系数测量仪测试得到的；σ bm是复合导热材料的拉伸强度，σ Μ是原聚合物的拉伸强度，Qbm/。的为复合导热材料的拉伸强度与原聚合物的拉伸强度之比，ο Μ是按GB/Τ5281992方法测试得到的。下标m和O分别表示复合导热材料和原聚合物。实施例1(I)将1.5g石墨在高速搅拌下加入到IOOmL质量浓度为1%的苄胺N，N - 二甲基乙酰胺溶液中，6000rpm搅拌30分钟后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高导热微纳米复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）将石墨或膨胀石墨分散于表面改性剂溶液中，高速搅拌30～60分钟后，将所得的混合物超声剥离0.5～10小时后，经过滤、干燥后即得到微纳结构导热填料；所述的表面改性剂为苄胺、萘胺、苯乙酸、1‐萘乙酸、2‐萘乙酸、1‐萘磺酸钠或2‐萘磺酸钠；所述表面改性剂溶液的溶剂为N,N‐二甲基甲酰胺、N,N‐二乙基甲酰胺、N‐甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、异丙醇或水；所述的表面改性剂溶液的质量浓度为1～3%；每mL表面改性剂溶液含有的石墨或膨胀石墨的重量为5～60mg；2）将所述微纳结构导热填料与热塑性聚合物经熔融混合或溶液混合后得到微纳米复合材料，再将所制得的微纳米复合材料放入模具中在170℃～300℃，10～18MPa下热压成型即得到高导热微纳米复合材料；微纳结构导热填料在复合材料中的质量含量为5%～30%。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：裴丽霞，叶庆勤，张立志，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44