一种石墨烯金属导热复合片材的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯金属导热复合片材的制备方法，该方法采用树状高分子聚酰胺‑胺与石墨烯包覆金属铜形成核壳纤维作为导热原料，来提高复合材料的界面相容性，从而提高其导热性。在同轴静电纺丝制备核壳纤维时，纳米金属铜粉被包覆在纤维芯层，避免了与聚酰胺基体的界面相容性差的缺陷，而纤维壳层中的聚酰胺‑胺树脂型分子接枝石墨烯在基体中具有良好的分散性和界面相容性，因此制备的核壳纤维该基体中形成良好的热传导网络结构，且芯层金属铜与外层包裹的石墨烯都具有良好的热传导通径，因此使该材料的导热性能大幅度提高。同时，采用芯壳纳米纤维与聚酰胺微粉铺网成片，较佳的保留了纤维的网络，进一步提升片材的导热性能。

Preparation of a Graphene Metal Thermal Conductive Composite Sheet

The invention discloses a preparation method of graphene metal thermal conductive composite sheet. The method uses dendrimer polyamide amine and graphene coated copper to form core-shell fiber as thermal conductive raw material to improve the interface compatibility of the composite material and thereby improve its thermal conductivity. In the preparation of core-shell fibers by coaxial electrospinning, nano-copper powder is coated in the core layer of the fibers, which avoids the defect of poor interfacial compatibility with the polyamide matrix. The Polyamide-amine resin-type molecular grafted graphene in the fiber shell has good dispersion and interfacial compatibility. Therefore, the core-shell fibers prepared in this matrix have a good heat conduction network structure. Moreover, both the copper core layer and the graphene encapsulated in the outer layer have good heat conduction paths, which greatly improves the thermal conductivity of the material. At the same time, core-shell nanofibers and polyamide powder were used to lay the network into sheets, which could better retain the network of fibers and further improve the thermal conductivity of sheets.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯金属导热复合片材的制备方法
本专利技术涉及一种材料制备
，且特别涉及一种石墨烯金属导热复合片材的制备方法。
技术介绍
随着电子设备向着高集成化、高性能化、微型化和功能化的发展,其对导热散热的需求也越来越高,聚合物基导热复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀、易加工等特性引起越来越多研究人员的关注。新型导热材料的研究的价值变得越来越凸显出来，由于大部分电子材料在使用时会产生振动并释放热量，如果不能及时的将热量排除，将严重影响电子元器件的使用寿命，而传统的金属和无机材料虽然具有良好的导热性能，却表现出重量大，机械性能较差，加工工序繁琐不能充当此类材料使用，工程塑料机械性能优异且易成型加工，但是工程塑料本身导热性极差，需要改性才具有较好的导热作用。目前，石墨烯作为新一代导热填充材料，石墨烯是一种超轻、超薄、超强和超大比表面积的准二维材料，面密度约0.77mg/m2，单层石墨烯的厚度约0.34nm，石墨烯的韧性极好，弹性模量为1.0TPa，微观强度可达30GPa，是传统钢材的100多倍，理论比表面积为2630m2/g，而且具有非常高的导电、导热性能，如电阻率为2×10-6Ω.cm，电子迁移率可达2×105cm2/V.S，在室温下水平热导率约为5×103W/m.K。同时，石墨烯具有高的热稳定性、化学稳定性以及优异的抗渗透性和抗磨性能。因此，石墨烯在力学、电子学、光学、热学以及新能源等各领域中都拥有了广泛的应用前景，尤其是作为散热材料吸引了人们的广泛关注。据报道，在金属材料中适量添加石墨烯，能够有效地改善其散热性能，石墨烯/金属复合散热材料的合成方法主要有三种：1、金属基体上涂覆石墨烯散热涂层；2、金属粉末法；3、熔融共炼法等。但是由于石墨烯是容易团聚的特点，在上述制备复合材料中出现石墨烯分散不均匀和趋向不一致等问题，从而导致降低石墨烯复合材料的散热效果。另外，在第一种方法中石墨烯与金属基体表面之间往往利用有机涂料来粘接，而一般的有机涂料的导热系数都很低，不利于散热性能的提高。后两种方法是提高金属综合性能的常用方法，但工艺较复杂，能耗大，而且在高温烧炼时还可能产生氧化或界面反应等现象而导致材料性能的降低。CN102807845A采用原位插层金属到石墨烯层片，然后压制成的导热膜在Z方向有较高的散热力度，加上石墨烯XY方向高的导热率，从而提高整体的散热性能，但是没有对石墨烯片层本身结构和性能方面有改进。CN103192072A提出了一种薄层石墨烯/金属粉体复合结构材料及制备方法，采用过度金属粉体与薄层石墨烯混合，进一步通过CVD在金属颗粒表面生长包覆石墨烯，并获得薄层石墨烯搭桥并包覆的金属粉体，但没有对石墨烯本身的缺陷进行修复，另外石墨烯层片之间的焊接也没有做到。CN103021503A提出把制备的氧化石墨烯与各种成炭前驱体混合，然后进行热还原制备的复合薄膜具有明显提高的导电性能，但是没有从根本上修复石墨烯的缺陷以及焊接石墨烯片层，因为在较低的温度下，分解的碳只能是短程有序或非晶的形式存在，而且也没有提到导热性能的提高。专利CN102385938开发了一种金属基石墨烯复合材料的工艺，采用金属作为基体，石墨烯作为增强相加入，使得复合电接触材料能够满足电接触的应用，并没有涉及对石墨烯缺陷的修复以及焊接石墨烯片层。尽管上述方法中将石墨烯和金属材料进行复合，但是石墨烯及其衍生物在聚合物基体中分散性差，易团聚，需要对其进行功能化改性，改性后的石墨烯改变了原有石墨烯的结构，使其在导热方面作用减弱。金属材料具有良好的导热性，与石墨烯联用可显著提高聚合物导热性，但是金属与聚合物相容性差，界面结合困难且难以形成有效的导热网络，会严重阻碍热流的传播，从而影响其材料的导热性能。因此，急需制备一种石墨烯和金属材料较好的相容，并具有良好导热性能的复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种石墨烯金属导热复合片材的制备方法。通过纺丝将石墨烯与纳米铜粉制备成壳核型的纤维，不但解决了石墨烯的分散性，而且使得铜粉与石墨烯的导热性得到了有效发挥。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本专利技术提出了一种石墨烯金属导热复合片材的制备方法，其包括如下步骤：（1）将铜研磨成颗粒小于等于100nm的纳米铜粉，分散于ABS溶液中形成胶状物，得到芯层纺丝液；（2）将树状高分子聚酰胺-胺与石墨烯、甲酸以质量比5:1-2：0.3搅拌，改性石墨烯，得到壳层纺丝液；（3）将所述芯层纺丝液和所述壳层纺丝液经静电纺丝，干燥，得到芯壳纳米纤维；（4）将所述芯壳纳米纤维与聚酰胺微粉混合均匀，经铺网，在140-150℃下烘烤1-3分钟，然后在160-175℃下压制定型，得到一种石墨烯金属导热复合片。优选的，步骤（1）所述纳米铜粉与ABS溶液的质量比为1：3-5；所述ABS溶液为ABS与二甲苯以质量比1:5分散的液体。优选的，步骤（2）所述的搅拌采用超声搅拌，搅拌时间为0.5-1.5h，得到壳层纺丝液。优选的，所述芯层纺丝液和所述壳层纺丝液的质量比为5:1。本专利技术利用同轴静电纺丝制备芯壳纤维时，芯层和芯层纺丝液的组成、比例对最终产品的形貌和尺寸都有重要影响。本专利技术中采用同轴静电纺丝方法，以铜粉胶状物为芯层溶液，以树状高分子聚酰胺-胺接枝石墨烯为壳层溶液，成功得解决了石墨烯和铜粉的界面相容性差的问题。优选的，所述芯壳纳米纤维与聚酰胺微粉的质量比为1:5-8。与现有技术相比，本专利技术其突出的特点和优异的效果在于：本专利技术提供的一种石墨烯金属导热复合片材的制备方法，本专利技术通过利用树状高分子聚酰胺-胺的良好调节分散稳定特性，分散并改性石墨烯，使石墨烯均匀的包覆铜粉。该方法采用树状高分子聚酰胺-胺与石墨烯包覆金属铜形成核壳纤维作为导热原料，来提高复合材料的界面相容性，从而提高其导热性。在同轴静电纺丝制备核壳纤维时，纳米金属铜粉被包覆在纤维芯层，避免了与聚酰胺基体的界面相容性差的缺陷，而纤维壳层中的聚酰胺-胺树脂型分子接枝石墨烯在基体中具有良好的分散性和界面相容性，因此制备的核壳纤维该基体中形成良好的热传导网络结构，且芯层金属铜与外层包裹的石墨烯都具有良好的热传导通径，因此使该材料的导热性能大幅度提高。同时，采用芯壳纳米纤维与聚酰胺微粉铺网成片，较佳的保留了纤维的网络，进一步提升片材的导热性能。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。实施例1（1）将铜研磨成颗粒小于等于100nm的纳米铜粉，分散于ABS溶液中形成胶状物，得到芯层纺丝液；所述纳米铜粉与ABS溶液的质量比为1：3；所述ABS溶液为ABS与二甲苯以质量比1:5分散的液体。（2）将树状高分子聚酰胺-胺与石墨烯、甲酸以质量比5:1：0.3超声搅拌，搅拌时间为0.5h，改性石墨烯，得到壳层纺丝液；（3）将所述芯层纺丝液和所述壳层纺丝液以质量比为5:1经静电纺丝，干燥，得到芯壳纳米纤维；（4）将所述芯壳纳米纤维与聚酰胺微粉以质量比为1:5混合均匀，经铺网，在140℃下烘烤3分钟，然后在175℃下压制定型，得到厚度为0.8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯金属导热复合片材的制备方法，其包括如下步骤：（1）将铜研磨成颗粒小于等于100nm的纳米铜粉，分散于ABS溶液中形成胶状物，得到芯层纺丝液；（2）将树状高分子聚酰胺‑胺与石墨烯、甲酸以质量比5:1‑2：0.3搅拌，改性石墨烯，得到壳层纺丝液；（3）将所述芯层纺丝液和所述壳层纺丝液经静电纺丝，干燥，得到芯壳纳米纤维；（4）将所述芯壳纳米纤维与聚酰胺微粉混合均匀，经铺网，在140‑150℃下烘烤1‑3 分钟，然后在160 ‑175℃下压制定型，得到一种石墨烯金属导热复合片。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯金属导热复合片材的制备方法，其包括如下步骤：（1）将铜研磨成颗粒小于等于100nm的纳米铜粉，分散于ABS溶液中形成胶状物，得到芯层纺丝液；（2）将树状高分子聚酰胺-胺与石墨烯、甲酸以质量比5:1-2：0.3搅拌，改性石墨烯，得到壳层纺丝液；（3）将所述芯层纺丝液和所述壳层纺丝液经静电纺丝，干燥，得到芯壳纳米纤维；（4）将所述芯壳纳米纤维与聚酰胺微粉混合均匀，经铺网，在140-150℃下烘烤1-3分钟，然后在160-175℃下压制定型，得到一种石墨烯金属导热复合片。2.根据权利要求1所述一种石墨烯金属导热复合片...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，昝航，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51