一种三维有序可控碳纤维导热复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种三维有序可控碳纤维导热复合材料及其制备方法。所述制备方法包括：采用含胺基的咪唑类离子液体对碳纤维进行非共价改性，得到改性后的碳纤维；采用冰模板法将所述改性后的碳纤维制成三维有序可控碳纤维骨架；将聚合物基体灌注进所述三维有序可控碳纤维骨架中，得到三维有序可控碳纤维导热复合材料。本发明专利技术通过对碳纤维进行非共价改性，保持碳纤维固有性能的同时，降低碳纤维彼此之间的接触热阻以及碳纤维和聚合物基体之间的界面热阻，提高碳纤维与聚合物基体的界面结合力，同时采用冰模板法制成三维有序骨架，调控碳纤维取向方向，为声子传输提供途径，达到低负载量碳纤维时提高复合材料导热性能的目的。负载量碳纤维时提高复合材料导热性能的目的。负载量碳纤维时提高复合材料导热性能的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种三维有序可控碳纤维导热复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及导热复合材料
，具体而言，涉及一种三维有序可控碳纤维导热复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着电子信息和电器产业中电子与电力设备的不断集成化、小型化及大功率化，电子元器件单位面积积聚的热量越来越多，若不能及时将器件上的热量散去，将极大地影响系统的使用寿命和效率。能够实现高效散热、提高设备性能和延长其使用寿命的聚合物复合材料，是电子器件热管理的关键。
[0003]传统的聚合物基导热复合材料，由于大量填料的加入导致发热器件和散热器件之间的接触热阻升高，高的复合材料界面热阻制约了复合材料导热性能的进一步提升。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题是传统聚合物基导热复合材料在导热填料负载量较低时导热性能不理想，而导热填料负载量较高时又会导致填料间接触热阻及填料与基体间界面热阻增加的问题，从而制约复合材料导热性能的进一步提升。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种三维有序可控碳纤维导热复合材料的制备方法，包括：
[0006]采用含胺基的咪唑类离子液体对碳纤维进行改性，得到改性后的碳纤维；
[0007]采用冰模板法将所述改性后的碳纤维制成三维有序可控碳纤维骨架；
[0008]将聚合物基体灌注进所述三维有序可控碳纤维骨架中，得到三维有序可控碳纤维导热复合材料。
[0009]较佳地，所述采用含胺基的咪唑类离子液体对碳纤维进行改性包括：
[0010]将所述含胺基的咪唑类离子液体分散于有机溶剂中，超声处理得到均匀的离子液体分散液；
[0011]将所述碳纤维加入到所述离子液体分散液中，室温搅拌12
‑
48h，得到所述改性后的碳纤维。
[0012]较佳地，所述碳纤维和所述含胺基的咪唑类离子液体的质量比为1:1。
[0013]较佳地，所述离子液体分散液中，每1mg所述含胺基的咪唑类离子液体分散于2ml所述有机溶剂中。
[0014]较佳地，所述采用冰模板法将所述改性后的碳纤维制成三维有序可控碳纤维骨架包括：
[0015]将所述改性后的碳纤维分散于粘合剂的水溶液中，搅拌分散，得到悬浮液；
[0016]将所述悬浮液倒入模具中，并将所述模具置于液氮中进行垂直冷冻后，放入冷冻干燥机中冷冻干燥，得到所述三维有序可控碳纤维骨架。
[0017]较佳地，所述垂直冷冻的时间为6
‑
12h，所述冷冻干燥的时间为24
‑
48h。
[0018]较佳地，所述将聚合物基体灌注进所述三维有序可控碳纤维骨架中包括：
[0019]将所述聚合物基体、催化剂、固化剂在室温下混合均匀，得到聚合物混料，将所述三维有序可控碳纤维骨架浸泡在所述聚合物混料中并抽真空，在80℃下固化2h，再在120℃下固化1h，得到所述三维有序可控碳纤维导热复合材料。
[0020]较佳地，所述聚合物基体、所述催化剂、所述固化剂的体积比为(90
‑
110)：(90
‑
110)：5。
[0021]较佳地，所述含胺基的咪唑类离子液体为胺基咪唑鎓盐，所述胺基咪唑鎓盐包括1
‑
胺丙基
‑3‑
甲基咪唑氢溴酸盐和1
‑
胺丁基
‑3‑
甲基咪唑氢溴酸盐中的一种。
[0022]本专利技术相较于现有技术具有的有益效果如下：
[0023]通过本专利技术提供的制备方法制得了一种以碳纤维为导热填料的具有低界面热阻的聚合物基导热复合材料，其通过利用含胺基的咪唑类离子液体与碳纤维之间的阳离子
‑
π相互作用，对碳纤维进行非共价改性，保持碳纤维固有性能的同时，降低碳纤维彼此之间的接触热阻以及碳纤维和聚合物基体之间的界面热阻，提高碳纤维与聚合物基体的界面结合力，同时采用冰模板法搭建碳纤维三维有序可控碳纤维骨架，解决了碳纤维在基体中的有序规整排列问题，且由于碳纤维非共价改性，碳纤维水平方向取向，提高了碳纤维的取向程度，为声子传输提供了途径，达到低负载量碳纤维时提高复合材料导热性能的目的。
[0024]本专利技术还提供一种三维有序可控碳纤维导热复合材料，采用上述的三维有序可控碳纤维导热复合材料的制备方法制备。
[0025]本专利技术相较于现有技术具有的有益效果与三维有序可控碳纤维导热复合材料的制备方法相较于现有技术具有的有益效果相同，在此不再赘述。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例中三维有序可控碳纤维导热复合材料制备方法流程图；
[0027]图2为本专利技术实施例1中碳纤维改性前后的红外光谱对比图；
[0028]图3为本专利技术实施例1中三维有序可控碳纤维骨架样品实物图及SEM图，以及三维有序可控碳纤维导热复合材料的SEM图，其中：
[0029]图3中a为三维有序可控碳纤维骨架的样品实物图；
[0030]图3中b为三维有序可控碳纤维骨架的SEM图一；
[0031]图3中c为三维有序可控碳纤维骨架的SEM图二；
[0032]图3中d三维有序可控碳纤维导热复合材料的SEM图一；
[0033]图3中e三维有序可控碳纤维导热复合材料的SEM图二；
[0034]图3中f三维有序可控碳纤维导热复合材料的SEM图三；
[0035]图4为本专利技术实施例1和对比例制得的复合材料的导热系数对比图。
具体实施方式
[0036]碳纤维具有优良的导热性能和机械性能,碳纤维作为导热填料显示出广阔的应用前景。现有的碳纤维导热复合材料，对碳纤维的表面改性普遍采用氧化处理和表面涂层处理，即通过共价改性在碳纤维表面引入一些极性基团或聚合物分子链，通过增加碳纤维表面的粗糙度、官能团的种类和数量从而改善碳纤维在基体中的润湿性能，但同时也破坏了
碳纤维原有的石墨晶格结构，使得表面存在诸多缺陷，影响声子传输通道，大大损害了复合材料导热系数的提高。
[0037]另外，碳纤维复合材料的加工方法多采用熔融共混，仅仅通过高负载量的碳纤维来构建热传导网络，成本较高，且碳纤维的取向程度太低，杂乱的碳纤维在聚合物基体中无序排列，进一步阻碍复合材料导热率的提高。
[0038]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。
[0039]如图1所示，本专利技术实施例提供一种三维有序可控碳纤维导热复合材料的制备方法，包括：
[0040]采用含胺基的咪唑类离子液体对碳纤维进行改性，得到改性后的碳纤维；
[0041]采用冰模板法将改性后的碳纤维制成三维有序可控碳纤维骨架；
[0042]将聚合物基体灌注进三维有序可控碳纤维骨架中，得到三维有序可控碳纤维导热复合材料。
[0043]首先，本实施例利用含胺基的咪唑类离子液体可以通过阳离子
‑
π相互作用附着在碳纤维表面，对碳纤维进行非共本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维有序可控碳纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于，包括：采用含胺基的咪唑类离子液体对碳纤维进行改性，得到改性后的碳纤维；采用冰模板法将所述改性后的碳纤维制成三维有序可控碳纤维骨架；将聚合物基体灌注进所述三维有序可控碳纤维骨架中，得到三维有序可控碳纤维导热复合材料。2.根据权利要求1所述的三维有序可控碳纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述采用含胺基的咪唑类离子液体对碳纤维进行改性包括：将所述含胺基的咪唑类离子液体分散于有机溶剂中，超声处理得到均匀的离子液体分散液；将所述碳纤维加入到所述离子液体分散液中，室温搅拌12
‑
48h，得到所述改性后的碳纤维。3.根据权利要求2所述的三维有序可控碳纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维和所述含胺基的咪唑类离子液体的质量比为1:1。4.根据权利要求3所述的三维有序可控碳纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述离子液体分散液中，每1mg所述含胺基的咪唑类离子液体分散于2ml所述有机溶剂中。5.根据权利要求1所述的三维有序可控碳纤维导热复合材料的制备方法，其特征在于，采用冰模板法将所述改性后的碳纤维制成三维有序可控碳纤维骨架包括：将所述改性后的碳纤维分散于粘合剂的水溶液中，搅拌分散，得到悬浮液；将所述悬浮液倒入模具中，并将所述模具置于液氮中进行垂直冷冻后，放入冷冻干燥机中冷冻干燥，得到所述三维有序可控碳纤维骨架。6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏茹，李娇娇，伍斌，陈鹏，钱家盛，张涛，王恒，曹普，汪钦豪，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：