一种高导热柔性石墨薄膜的制备方法技术

一种高导热柔性石墨薄膜的制备方法，是采用中间相沥青石墨纤维为增强剂对膨胀石墨增强。石墨纤维与酸化石墨混合后在高温膨化，在膨化过程中石墨纤维搭接在膨胀石墨蠕虫之间使增强效果有效提高。所制成的柔性石墨薄膜拉伸强度＞15MPa，厚度为10‑30微米，导热系数在400‑650W/m.K。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高导热柔性石墨薄膜的制备方法。确切的说，是采用中间相沥青石墨纤维增强的膨胀石墨制成的高导热柔性石墨薄膜的方法。技术背景石墨是由碳原子的六元环结构为基本单元，这些碳六元环以层状结构堆积而成，这种层状结构使得石墨在面内具有很高的导热能力。近年来，人们对石墨的导热性质越来越重视，因此高导热石墨的制备成为热点。石墨的生产方法有很多种，如传统的粘结剂加骨料，经成型、焙烧、石墨化等工艺制成。由膨胀石墨也可以制成多种石墨制品。这是由于膨胀石墨是由天然石墨经插层、膨胀形成的一种膨化的石墨，又称为膨胀石墨蠕虫。这种膨胀石墨是由多层碳六元环结构的物质，在压力作用下可以制成薄膜或者块体石墨。由膨胀石墨制成的薄膜称为柔性石墨薄膜。柔性石墨薄膜的结合是由膨胀石墨之间的啮合力结合的，常见的工业化产品有柔性石墨板和柔性石墨薄膜。其中，柔性石墨薄膜具有较高的导热性能。如专利(申请号201310539573.7)“一种高导热天然柔性石墨薄膜的制备方法”中，采用将天然鳞片石墨插层、膨化、辊压的方法制成柔性石墨薄膜，所制备的薄膜密度为：1.0-1.6g/cm3，拉伸强度为7-12MPa，导热系数300-620W/m.K。但单纯由膨胀石墨制备的柔性石墨薄膜的强度不高，给实际应用造成一定困难。针对这一缺点，专利(申请号201210194049.6)“一种导热纤维增强的高导热石墨散热片的制备方法”采用由石墨纤维、碳纤布或碳纤维作为增强剂，用粘结剂将该石墨导热散热板与该增强剂进行喷涂贴合，制成导热纤维增强的高导热石墨散热片。但由于增强剂、特别是粘结剂的加入，降低了石墨薄膜的整体导热系数。在专利(申请号201410383261.6)“一种导热纤维增强的高导热石墨散热片及制备方法”中，将石墨粉和石墨纤维混合，经一定方式处理后在高温炉中膨化，然后压制成高导热石墨散热片。石墨纤维起着增强的作用。但该专利中增强剂石墨纤维也经历前期处理，其强度显著下降，增强效果不佳。所以，高导热石墨散热片(薄膜)综合性能还有待改进。本专利技术是针对柔性石墨薄膜强度低的缺点，采用石墨纤维对柔性石墨薄膜增强，其中对石墨纤维的混入方式进行改进以达到提高高导热石墨薄膜的强度。
技术实现思路
本专利技术是涉及一种石墨纤维增强柔性石墨薄膜的方法，采用石墨纤维与酸化石墨混合、高温膨化、压延等工艺制成强度高的石墨薄膜。石墨纤维在酸化石墨膨化过程中均匀分散在膨胀石墨中，石墨纤维搭接在不同膨胀石墨团簇(蠕虫)之间，在压延成型过程中将不同膨胀石墨团连接，使整体柔性石墨薄膜强度得到有效提高。上述增强的原理如下：石墨纤维作为增强剂对柔性石墨薄膜增强，整个材料是石墨纤维与膨胀石墨的复合材料。膨胀石墨是由其原料天然石墨粉体形成的膨化结构，由石墨粉体内的晶体为单元的膨化石墨团簇，也成为膨胀石墨蠕虫。在以往的单纯由膨胀石墨制备的柔性石墨薄膜中，不同的膨胀石墨团是依靠石墨片层的啮合(在外加压力，如压延)结合在一起的，它们之间存在着界面，其结合状况是决定柔性石墨薄膜强度。提高这些界面的结合强度可以提高整个柔性石墨薄膜的宏观强度。石墨纤维中碳六元环的取向十分理想，使其在长度方向的强度很高，将石墨纤维搭接在膨胀石墨团簇之间，可以使界面结合得到显著改善。酸化石墨在高温环境中快速膨胀，自身具有混合效应，将周边的石墨纤维均匀分布在膨化石墨中。这样的混合物制成的柔性石墨薄膜强度得到有效改善。具体制备过程如下：(1)取粒度30-100目的天然石墨粉采用常规方法制成酸化石墨；(2)将酸化石墨与1-3mm的石墨纤维混合，混合比例为酸化石墨∶石墨纤维＝100∶(0.5-2)；(3)将上述混合物在800-1200℃下膨化制成膨胀石墨；(4)将膨胀石墨经压延制成柔性石墨薄膜。上述步骤(1)中所述的酸化石墨的制备是指化学插层法，系以硫酸、硝酸、强氧化剂等处理的方法。上述步骤(2)中所述的石墨纤维是以中间相沥青为原料的高导热石墨纤维。所制成的柔性石墨薄膜拉伸强度＞15MPa，厚度为10-30微米，导热系数在400-650W/m.K。本专利技术的优点：石墨纤维作为增强剂搭接在膨胀石墨团簇(蠕虫)之间，有效地增强了柔性石墨薄膜。具体实施方式：实施例1将30目的天然石墨经常规方法处理制成酸化石墨；以酸化石墨∶石墨纤维＝100∶2的比例混合，其中石墨纤维长度为1.0mm；将混合物在800℃膨化制成石墨纤维和膨化石墨的混合物；将该混合物经压延制成柔性石墨薄膜。该薄膜的厚度12.7μm，拉伸强度为16.1MPa，导热系数491W/m.K。实施例2将30目的天然石墨经常规方法处理制成酸化石墨；以酸化石墨∶石墨纤维＝100∶1.5的比例混合，其中石墨纤维长度为2.1mm；将混合物在800℃膨化制成石墨纤维和膨化石墨的混合物；将该混合物经压延制成柔性石墨薄膜。该薄膜的厚度14.9μm，拉伸强度为17.2MPa，导热系数510W/m.K。实施例3将30目的天然石墨经常规方法处理制成酸化石墨；以酸化石墨∶石墨纤维＝100∶1.5的比例混合，其中石墨纤维长度为2.95mm；将混合物在800℃膨化制成石墨纤维和膨化石墨的混合物；将该混合物经压延制成柔性石墨薄膜。该薄膜的厚度21.6μm，拉伸强度为15.3MPa，导热系数452W/m.K。实施例4将50目的天然石墨经常规方法处理制成酸化石墨；酸化石墨∶石墨纤维＝100∶1的比例混合，其中石墨纤维长度为1.0mm；将混合物在1000℃膨化制成石墨纤维和膨化石墨的混合物；将该混合物经压延制成柔性石墨薄膜。该薄膜的厚度11.2μm，拉伸强度为19.1MPa，导热系数630W/m.K。实施例5将50目的天然石墨经常规方法处理制成酸化石墨；以酸化石墨∶石墨纤维＝100∶1的比例混合，其中石墨纤维长度为2.1mm；将混合物在1000℃膨化制成石墨纤维和膨化石墨的混合物；将该混合物经压延制成柔性石墨薄膜。该薄膜的厚度10.3μm，拉伸强度为16.9MPa，导热系数649W/m.K。实施例6将50目的天然石墨经常规方法处理制成酸化石墨；以酸化石墨∶石墨纤维＝100∶1的比例混合，其中石墨纤维长度为2.95mm；将混合物在1000℃膨化制成石墨纤维和膨化石墨的混合物；将该混合物经压延制成柔性石墨薄膜。该薄膜的厚度12.1μm，拉伸强度为17.1MPa，导热系数572W/m.K。实施例7将100目的天然石墨经常规方法处理制成酸化石墨；以酸化石墨∶石墨纤维＝100∶0.5的比例混合，其中石墨纤维长度为2.1mm；将混合物在1200℃膨化制成石墨纤维和膨化石墨的混合物；将该混合物经压延制成柔性石墨薄膜。该薄膜的厚度29.8μm，拉伸强度为15.1MPa，导热系数403W/m.K。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高导热柔性石墨薄膜的制备方法，其特征是采用石墨纤维为增强剂对膨胀石墨增强，石墨纤维搭接在膨胀石墨蠕虫之间使增强效果有效提高。

【技术特征摘要】
1.一种高导热柔性石墨薄膜的制备方法，其特征是采用石墨纤维为增强剂对膨胀石墨增强，石墨纤维搭接在膨胀石墨蠕虫之间使增强效果有效提高。2.权利要求1所述的高导热柔性石墨薄膜的制备方法，其具体过程如下：取粒度30-100目的天然石墨粉采用常规方法制成酸化石墨；将酸化石墨与1-3mm长的石墨纤维混合，混合比例为酸化石墨∶石墨纤维＝100∶(0.5-2)；...

【专利技术属性】
技术研发人员：史景利，马昌，李正一，徐建康，曹二闯，李晓杰，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12