石墨烯导热膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯导热膜及其制备方法，其中，石墨烯导热膜的制备方法包括以下步骤：步骤1：将石墨烯乳液涂覆于聚酰亚胺薄膜的表面，得到石墨烯聚酰亚胺复合薄膜；步骤2：将石墨烯聚酰亚胺复合薄膜烘至半干，得到表面具有粘性的石墨烯聚酰亚胺复合薄膜；步骤3：具有粘性的石墨烯聚酰亚胺复合薄膜包裹石墨纸；步骤4：将包裹石墨纸的石墨烯聚酰亚胺复合薄膜经高温碳化、石墨化后得到石墨烯导热膜半成品；步骤5：石墨烯导热膜半成品经过压延后，得到石墨烯导热膜。本发明专利技术提供的石墨烯导热膜具有高导热性，且柔韧性高，散热性能好。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯导热膜及其制备方法
本专利技术涉及导热材料
，特别是涉及一种石墨烯导热膜及其制备方法。
技术介绍
随着电子产品日趋智能及复杂化，电子产品内部所需的元器件数量增多，集成度变高，导致电子产品在运行过程中产生的热量越来越大，热量若不及时排出，易积累而形成高温，降低这些电子产品的性能、可靠性和使用寿命。因此，电子产品行业对作为热控系统核心部件的散热材料的要求越来越高，不但要求散热材料具有高效的散热性能，还必须同时具备质量轻、材料薄、柔韧性好的特点。在目前电子产品中广泛使用的用于散热的导热膜材料主要有天然石墨膜和人工石墨膜。天然石墨膜制备工艺复杂，成型困难，制备出的导热膜柔韧性较差，厚度较厚，不能很好地满足电子产品的设计要求。对于天然石墨膜，中国专利申请CN102730675A公开了一种高导热石墨膜及其制备方法，该技术通过将一定比例的天然石墨和复合氧化剂混合，并通过一系列反应，最后将压延成片的样品碳化及石墨化制备出天然石墨膜。虽然该产品具有很好的导热系数，但是制备出的膜较厚(至少达到100μm)且柔韧性较差，较厚的导热膜材料在电子产品中占据太多空间，直接影响产品的设计结构。除了采用天然石墨膜，还可以采用人工石墨膜，但由于人工石墨膜制造成本过高，导致价格较高。在制备人工石墨膜过程中，人工石墨膜成型温度过高及成型时间过长导致的高耗能带来了制造成本的上升，该种技术工艺不能满足日益重要的国家节能减排的要求。对于人工石墨膜，中国专利申请CN103080005A公开的石墨膜及其制造方法，该方法通过高温碳化及高温石墨化聚酰亚胺薄膜制备得到人工石墨膜，该导热膜材料膜厚可设计，最薄可达到5μm，散热效果非常好，且密度较小，能很好地满足电子产品轻薄的要求，但是该种人工石墨膜的制造成本过高，动辄每平米上千元，主要由于制造成本中碳化及石墨化过程中能耗过大，其中，碳化温度高达1500℃，石墨化温度高达3000℃，势必带来高耗能和高成本，导致导热膜材料的价格昂贵。
技术实现思路
基于此，针对如何降低导热膜的制备成本的同时保证导热膜的性能的技术问题，本专利技术提供一种石墨烯导热膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将石墨烯乳液涂覆于聚酰亚胺薄膜的表面，得到石墨烯聚酰亚胺复合薄膜；步骤2：将石墨烯聚酰亚胺复合薄膜烘至半干，得到表面具有粘性的石墨烯聚酰亚胺复合薄膜；步骤3：具有粘性的石墨烯聚酰亚胺复合薄膜包裹石墨纸；步骤4：将包裹石墨纸的石墨烯聚酰亚胺复合薄膜经高温碳化、石墨化后得到石墨烯导热膜半成品；步骤5：石墨烯导热膜半成品经过压延后，得到石墨烯导热膜。在其中一个实施例中，所述步骤1中的石墨烯乳液为质量百分数为5％的石墨烯分散液，石墨烯分散液中的溶剂为PE乳液。在其中一个实施例中，所述石墨烯乳液的pH值为6.5～7.4，其中，石墨烯比表面积为260m2/g～540m2/g，石墨烯平均厚度为4nm～7nm。在其中一个实施例中，所述步骤1中的聚酰亚胺薄膜厚度为20μm～30μm。在其中一个实施例中，所述步骤1中石墨烯乳液的厚度为20μm～30μm。在其中一个实施例中，所述步骤1中的涂覆的方式为通过浸渍的方法使石墨烯乳液覆着于聚酰亚胺薄膜的正反表面。在其中一个实施例中，所述步骤3中石墨纸厚度为0.5mm～1mm。在其中一个实施例中，所述步骤4中高温碳化的碳化温度为800℃～1000℃，碳化时间为3h～5h；石墨化的石墨化温度为2000℃～2300℃，石墨化时间为6h～8h。在其中一个实施例中，所述步骤1中的聚酰亚胺薄膜为聚酰亚胺薄膜卷材，在所述步骤4中将包裹石墨纸的石墨烯聚酰亚胺复合薄膜外套圆筒状石墨套筒，得到石墨套筒组合体，将石墨套筒组合体放置于石墨舟皿内依次进行所述的高温碳化、石墨化。在其中一个实施例中，所述步骤4中所述石墨套筒还包括扣设在石墨套筒顶部带有石墨盖子，所述石墨套筒和/或石墨盖子上分布有气压平衡孔。本专利技术还提供一种石墨烯导热膜，所述石墨烯导热膜由所述的石墨烯导热膜的制备方法制成。本专利技术提供的石墨烯导热膜及其制备方法，其中，石墨烯导热膜的制备过程中的制备温度较低，降低能耗，且制备出的石墨烯导热膜的导热率高，且厚度较薄，柔韧性以及散热性能好。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术进行进一步阐述。一种石墨烯导热膜的制备方法，包括步骤1：将石墨烯乳液涂覆于聚酰亚胺薄膜的表面，得到石墨烯聚酰亚胺复合薄膜。具体地，所述步骤1中的石墨烯乳液为质量百分数为5％的石墨烯分散液，石墨烯分散液中的溶剂为PE乳液。PE乳液既可以采用市售产品同时本申请也提供了优选的方案，为了保持石墨烯乳液的稳定性，需要加入具有亲水亲油两性基团的表面活性剂，即PE乳液中含有表面活性剂，表面活性剂用量可以为PE乳液总质量的1～4％(以质量百分比计)，优选2％。作为优选，以重量份计，PE乳液包括：PE：10.5份；酚醛树脂：32份；表面活性剂：2份；水：12份；(浓盐酸中的水不计入其中)水性聚氨酯：28份；ZnO：3份；浓盐酸：0.5份；二羟甲基丁酸：4份；无水乙醇：8份。PE乳液中的每一具体组分可采用现有的市售产品，就每一具体组分而言并非改进重点。表面活性剂能在乳液的表面定向排列，使表面张力显著下降。在机械搅拌下，使分散相不容易发生絮凝，从而使整个石墨烯乳液体系更加稳定。在石墨烯乳液的体系中采用PE乳液，首先，可以使石墨烯分散性更好，不容易析出；其次，PE乳液粘性更强，使它附着的高分子复合材料的热稳定性明显改善；最后，石墨烯使得水性聚氨酯的交联度增加，杨氏模量提高，拉升强度提高而断裂伸长率下降。具体地，石墨烯乳液pH值为6.5～7.4，pH值若过高或过低，则会腐蚀聚酰亚胺薄膜，同时也会破坏整个石墨烯乳液体系的平衡。另外，石墨烯比表面积为260m2/g～540m2/g，石墨烯平均厚度为4nm～7nm。具体地，所述步骤1中的聚酰亚胺薄膜厚度为20μm～30μm，可以理解，在产品强度允许范围内，聚酰亚胺薄膜越薄，导热性能越好。其中，聚酰亚胺薄膜的选材，对最终得到石墨烯导热膜产品的导热效果和产品质量有很大差距。例如，美国杜邦公司Kapton生产的型号为6052的聚酰亚胺薄膜，相较于上海菲柯特生产的型号为6051的聚酰亚胺薄膜而言，性能好，但价格也较贵。本专利技术的实施例采用的是上海菲柯特生产的型号为6051的聚酰亚胺薄膜。具体地，所述步骤1中的将石墨烯乳液涂覆于聚酰亚胺薄膜的表面，聚酰亚胺薄膜的表面涂覆的石墨烯乳液的厚度为20μm～30μm，其中，20μm～30μm的石墨烯乳液的厚度是在聚酰亚胺薄膜的表面形成的单层的厚度。可以理解，在强度允许范围内，石墨烯乳液的厚度越薄，导热性能越好。具体地，所述步骤1中的将石墨烯乳液涂覆于聚酰亚胺薄膜表面的方式为通过浸渍的方法将石墨烯乳液覆着于聚酰亚胺薄膜的正反表面。本实施例中，石墨烯导热膜的制备方法的步骤2：将石墨烯聚酰亚胺复合薄膜烘至半干，得到表面具有粘性的石墨烯聚酰亚胺复合薄膜。具体地，所述步骤2中将石墨烯聚酰亚胺复合薄膜放入烤箱烘烤，烘烤温度为65℃～75℃，烘烤时间为2h～4h。本实施例中，石墨烯导热膜的制备方法的步骤3：具有粘性的石墨烯聚酰亚胺复合薄膜包裹石墨纸。具体地，所述步骤3中石墨纸厚度为0.5mm～1mm，石墨纸卷材宽度为0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：将石墨烯乳液涂覆于聚酰亚胺薄膜的表面，得到石墨烯聚酰亚胺复合薄膜；步骤2：将石墨烯聚酰亚胺复合薄膜烘至半干，得到表面具有粘性的石墨烯聚酰亚胺复合薄膜；步骤3：具有粘性的石墨烯聚酰亚胺复合薄膜包裹石墨纸；步骤4：将包裹石墨纸的石墨烯聚酰亚胺复合薄膜经高温碳化、石墨化后得到石墨烯导热膜半成品；步骤5：石墨烯导热膜半成品经过压延后，得到石墨烯导热膜。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：将石墨烯乳液涂覆于聚酰亚胺薄膜的表面，得到石墨烯聚酰亚胺复合薄膜；步骤2：将石墨烯聚酰亚胺复合薄膜烘至半干，得到表面具有粘性的石墨烯聚酰亚胺复合薄膜；步骤3：具有粘性的石墨烯聚酰亚胺复合薄膜包裹石墨纸；步骤4：将包裹石墨纸的石墨烯聚酰亚胺复合薄膜经高温碳化、石墨化后得到石墨烯导热膜半成品；步骤5：石墨烯导热膜半成品经过压延后，得到石墨烯导热膜。2.如权利要求1所述的石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的石墨烯乳液为质量百分数为5％的石墨烯分散液，石墨烯分散液中的溶剂为PE乳液。3.如权利要求2所述的石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于：所述石墨烯乳液的pH值为6.5～7.4，其中，石墨烯比表面积为260m2/g～540m2/g，石墨烯平均厚度为4nm～7nm。4.如权利要求1所述的石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的聚酰亚胺薄膜厚度为20μm～30μm。5.如权利要求1所述的石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于：所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：励旭东，付绪兵，周旭荣，刘崇双，
申请(专利权)人：宁波墨西新材料有限公司，宁波墨西科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33