石墨烯耐高温热交换增强涂料及其制备方法、涂覆方法技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯耐高温热交换增强涂料及其制备方法、涂覆方法，所述制备方法包括：将粉状层状矿物分散在有机高分子溶液中混合均匀，对其进行喷雾干燥，得到表面附着有机高分子层层状矿物；将所述表面附着有机高分子层层状矿物经过高温热处理，得到层状矿物/石墨烯复合物；将层状矿物/石墨烯复合物、硅溶胶、硅烷偶联剂及水加入搅拌槽中，以预设转速搅拌第一预设时间；研磨第二预设时间，直至细度刮板测试涂料细度处于预设范围内。本发明专利技术所提供的方法经简单的烘烤固化过程后即可形成增强散热的涂层，附着力强，耐温性可达800℃，可有效增强物体表面的热辐射效应，起到增强热交换的效果。

Graphene high temperature heat exchange enhancing coating and its preparation method and coating method

【技术实现步骤摘要】
石墨烯耐高温热交换增强涂料及其制备方法、涂覆方法
本专利技术涉及涂料及散热
，具体而言，涉及一种石墨烯耐高温热交换增强涂料及其制备方法、涂覆方法。
技术介绍
热交换主要有三种方式，分别为热传导、热对流与热辐射。现有的热交换方式主要利用热传导与热对流的过程，这两种过程往往依赖热系统设计与热介质，往往提升效果有限，往往需要进行大范围的改动与优化才能提升热交换效果。而热交换增强涂料喷涂在物体表面后，能形成具有极高红外发射率的涂层，直接将物体表面的热量转化为红外辐射直接发射出去，从而实现热交换增强的效果。热交换增强对元器件散热、采暖、工业加热等领域都有非常重要的意义，能大幅提升元器件设备的工作效率与寿命，节能降耗。石墨烯作为一种碳质纳米材料，具有极高的红外发热率、导热系数与比表面积，是制备热交换增强涂料的理想添加剂。但目前的技术而言，现有的涂料主要为有机介质，耐温性能普遍很差，无法在高温条件下使用。这种耐温性不佳的缺陷使得现有的石墨烯散热涂料应用范围偏小，使用寿命偏短，无法得到大面积广泛应用。同时石墨烯与涂料基质中的结合力不佳，导致涂层的整体附着力，抗热冲击与力学冲击能力很差，可靠性存在较为严重的问题。
技术实现思路
为解决上述缺陷，本专利技术提供了一种石墨烯耐高温热交换增强涂料及其制备方法、涂覆方法，克服现有技术中存在的涂层耐温性不佳，石墨烯与涂料基质结合性较差的问题。第一方面，本专利技术提供一种石墨烯耐高温热交换增强涂料的制备方法，包括：将粉状层状矿物分散在有机高分子溶液中混合均匀，对其进行喷雾干燥，得到表面附着有机高分子层层状矿物；将所述表面附着有机高分子层层状矿物经过高温热处理，得到层状矿物/石墨烯复合物；将层状矿物/石墨烯复合物、硅溶胶、硅烷偶联剂及水加入搅拌槽中，以预设转速搅拌第一预设时间；研磨第二预设时间，直至细度刮板测试涂料细度处于预设范围内。在本专利技术的一实施例中，所述将粉状层状矿物分散在有机高分子溶液中混合均匀，对其进行喷雾干燥，得到表面附着有机高分子层层状矿物中：所述有机高分子溶液通过聚酰亚胺酸或者聚丙烯腈或者环氧树脂或者聚氨酯或者聚甲基丙烯酸甲酯溶解在可溶溶剂中得到，所述可溶溶剂为水或者乙醇或者甲苯或者N-甲基吡咯烷酮或者二甲基甲酰胺；其中，所述有机高分子溶液的浓度为1～20wt％；所述粉状层状矿物为蒙脱石粉、云母粉、滑石粉、叶蜡石粉、高岭土粉中的一种或几种的混合物。在本专利技术的一实施例中，所述将所述表面附着有机高分子层层状矿物经过高温热处理，得到层状矿物/石墨烯复合物中：所述高温热处理的温度为500℃-1000℃，在氮气气氛中处理5-60min。在本专利技术的一实施例中，所述将层状矿物/石墨烯复合物、硅溶胶、硅烷偶联剂及水加入搅拌槽中，以预设转速搅拌第一预设时间，包括：将层状矿物/石墨烯复合物、硅溶胶、硅烷偶联剂及水按照预设重量比例加入搅拌槽中；其中，各组分的重量比例为：层状矿物/石墨烯复合物：1-10份；硅溶胶：20-40份；硅烷偶联剂：2-10份；水：20-50份；以500-7000转/分钟的转速搅拌10-60分钟。在本专利技术的一实施例中，所述硅烷偶联剂包括A151、Y-4310、A171、A172。在本专利技术的一实施例中，所述研磨第二预设时间，直至细度刮板测试涂料细度处于预设范围内中：导入立式活卧式砂磨机中研磨10-120分钟，直至细度刮板测试涂料细度不大于10um。第二方面，本专利技术提供一种石墨烯耐高温热交换增强涂料，采用如上所述的制备方法制备而成。第三方面，本专利技术提供一种石墨烯耐高温热交换增强涂料的涂覆方法，包括：经过喷涂或者刷涂或者浸涂涂覆在物体表面；采用80-300℃的温度并持续10-60分钟进行烘烤固化，形成具有热辐射效应及增强热交换的涂层。在本专利技术的一实施例中，所述涂层的涂层厚度为5-100um，热辐射系数＞0.9。第四方面，本专利技术还提供了如上述的石墨烯耐高温热交换增强涂料在电子元器散热、取暖器热增效、工业热交换、家用电器节能降耗的应用。综上所述，本专利技术提供一种石墨烯耐高温热交换增强涂料及其制备方法、涂覆方法，本专利技术的有益效果是：使用高分子作为碳源，在层状矿物表面生长石墨烯。石墨烯与层状矿物可实现良好的结合。层状矿物可作为中间相，与硅溶胶、硅烷偶联剂中的硅氧化物形成良好的结合，提升石墨烯在涂料中的分散性与涂层中的粘合性，进而提升涂层的机械性能，使涂层的耐温性，整体附着力，抗热冲击与力学冲击能力大幅增强。同时，涂料全部采用层状矿物、硅溶胶等无机材料作为主要粘结料与石墨烯匹配，在固化过程中，这些无机材料最终形成耐温性极好的硅酸盐衍生物，也大幅提升了涂层的耐温水平。同时，层状矿物的片层状结构也有利于高分子固体碳源在其表面裂解晶化，形成高质量石墨烯。附图说明图1显示为本专利技术中石墨烯耐高温热交换增强涂料的制备方法的流程方框示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，图1显示为本专利技术中石墨烯耐高温热交换增强涂料的制备方法的流程方框示意图。本专利技术石墨烯耐高温热交换增强涂料包括如下组分：层状矿物/石墨烯复合物、硅溶胶、硅烷偶联剂、水。其中层状矿物/石墨烯复合物以层状矿物包裹有机高分子，经过高温热处理的方式制备得到。所得到的石墨烯耐高温散热涂料可通过喷涂，刷涂，滚涂施工，可涂布在金属散热片，发热管金属翅片表面。经简单的烘烤固化过程后即可形成增强散热的涂层，附着力强，耐温性可达800℃，可有效增强物体表面的热辐射效应，起到增强热交换的效果。该制备方法具体包括以下步骤S1-S4：S1、将粉状层状矿物分散在有机高分子溶液中混合均匀，对其进行喷雾干燥，得到表面附着有机高分子层层状矿物；S2、将所述表面附着有机高分子层层状矿物经过高温热处理，得到层状矿物/石墨烯复合物；S3、将层状矿物/石墨烯复合物、硅溶胶、硅烷偶联剂及水加入搅拌槽中，以预设转速搅拌第一预设时间；S4、研磨第二预设时间，直至细度刮板测试涂料细度处于预设范围内。制成石墨烯耐高温热交换增强涂料之后，本专利技术还提供一种石墨烯耐高温热交换增强涂料的涂覆方法，包括步骤S5-S6：S5、经过喷涂或者刷涂或者浸涂涂覆在物体表面；S6、采用80-300℃的温度并持续10-60分钟进行烘烤固化，形成具有热辐射效应及增强热交换的涂层。下面通过实例对本申请的专利技术予以进一步说明，但并不因此而限制本申请的范围。实施例中所使用的各原料如没有特殊说明，均为市售产品。实施例1一种石墨烯耐高温热交换增强涂料的制备方法，包括以下步骤：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯耐高温热交换增强涂料的制备方法，其特征在于，包括：/n将粉状层状矿物分散在有机高分子溶液中混合均匀，对其进行喷雾干燥，得到表面附着有机高分子层层状矿物；/n将所述表面附着有机高分子层层状矿物经过高温热处理，得到层状矿物/石墨烯复合物；/n将层状矿物/石墨烯复合物、硅溶胶、硅烷偶联剂及水加入搅拌槽中，以预设转速搅拌第一预设时间；/n研磨第二预设时间，直至细度刮板测试涂料细度处于预设范围内。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯耐高温热交换增强涂料的制备方法，其特征在于，包括：
将粉状层状矿物分散在有机高分子溶液中混合均匀，对其进行喷雾干燥，得到表面附着有机高分子层层状矿物；
将所述表面附着有机高分子层层状矿物经过高温热处理，得到层状矿物/石墨烯复合物；
将层状矿物/石墨烯复合物、硅溶胶、硅烷偶联剂及水加入搅拌槽中，以预设转速搅拌第一预设时间；
研磨第二预设时间，直至细度刮板测试涂料细度处于预设范围内。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将粉状层状矿物分散在有机高分子溶液中混合均匀，对其进行喷雾干燥，得到表面附着有机高分子层层状矿物中：
所述有机高分子溶液通过聚酰亚胺酸或者聚丙烯腈或者环氧树脂或者聚氨酯或者聚甲基丙烯酸甲酯溶解在可溶溶剂中得到，所述可溶溶剂为水或者乙醇或者甲苯或者N-甲基吡咯烷酮或者二甲基甲酰胺；其中，所述有机高分子溶液的浓度为1～20wt％；所述粉状层状矿物为蒙脱石粉、云母粉、滑石粉、叶蜡石粉、高岭土粉中的一种或几种的混合物。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将所述表面附着有机高分子层层状矿物经过高温热处理，得到层状矿物/石墨烯复合物中：
所述高温热处理的温度为500℃-1000℃，在氮气气氛中处理5-60min。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将层状矿物/石墨烯复合物、硅溶胶、硅烷偶联剂及水加入搅拌槽中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小天，徐宇飞，
申请(专利权)人：上海烯有新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31