一种人工石墨/石墨烯复合导热膜及其制备方法技术

本申请涉及一种人工石墨/石墨烯复合导热膜，其依次包括：作为整体进行碳化和石墨化的柔性基材层、含胶粘剂的石墨烯过渡层和石墨烯导热层，所述柔性基材层和所述含胶粘剂的石墨烯过渡层中的胶粘剂在石墨化过程中形成人工石墨。本申请还涉及一种如上所述的人工石墨/石墨烯复合导热膜的制备方法。本文所述的人工石墨/石墨烯复合导热膜制备工艺简单，厚度高达200微米，横向导热率可达1000W/mK以上。

【技术实现步骤摘要】
一种人工石墨/石墨烯复合导热膜及其制备方法
本专利技术涉及散热材料和石墨烯
，具体来说，涉及一种人工石墨/石墨烯复合导热膜及其制备方法。
技术介绍
随着智能时代的到来，手机等电子产品功能更加丰富多样，相应的硬件配置要求也越来越高，而随之而来的设备发热问题也越来越严重。在众多手机散热方案中，石墨散热膜由于其散热性能优良、质量轻、厚度薄以及热稳定性好的特点，已被广泛应用于手机等电子产品的散热中。商业化应用的石墨散热膜主要为聚酰亚胺人工石墨散热膜，即以聚酰亚胺膜作为原材料进行高温碳化和石墨化过程制备得到的石墨膜，其水平热导率已达1950W/mK，是当前用于手机等电子产品导热散热的首选材料。不过聚酰亚胺人工石墨膜的制作成本较高，而且无法做厚，一般不超过50um，因此在应用过程中，尤其是进入5G时代，较薄的石墨导热膜存在热通量不足的问题，因此为了提高热通量，开发厚导热膜已成为必然趋势。当前做厚人工石墨膜的主流方案是通过多层叠加的方法增加厚度，但这其中使用的胶粘剂会严重影响膜导热性能，且还存在良率不高等问题。石墨烯作为一类新兴碳材料，由于其具有优良的导热特性，已被人们广泛应用于各类散热产品的应用研发中。相比聚酰亚胺人工石墨膜，基于非氧化石墨烯制作的导热膜具有制作简单、成本低廉且厚度可调的优点，但也存在着热导率较聚酰亚胺石墨膜低的问题。申请号为201610464510.3的中国专利技术专利申请披露了一种石墨烯导热散热膜,包括散热膜本体，该散热膜本体包括石墨烯复合膜层，所述石墨烯复合膜层由石墨烯层和基材通过粘结层复合而成，所述石墨烯层的厚度介于0.001-50.0μm之间，所述石墨烯层的纯度介于99.5％-99.99％之间，所述石墨烯复合膜层的底面和顶面分别设有第一胶粘层和第二胶粘层。在这篇现有技术的专利文献中，所述基材可为铜箔、铝箔或者PI塑料薄膜，所述基材的厚度介于0.001-1000μm之间，所述粘结层为环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰-甲醛树脂、有机硅树脂、呋喃树脂、不饱和聚酯、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-聚酰胺、酚醛-环氧树脂或者环氧-聚酰胺中的任意一种。该篇专利文献所述散热膜本体的厚度介于0.02-1mm之间，所述散热膜本体的水平导热系数介于1700-2300w/mk之间。但该篇专利文献没有披露石墨烯导热散热膜的具体制备过程，从其说明书中公开地内容可以推定聚酰亚胺膜在该申请中主要用作基材，没有经历过高温碳化或者石墨化。因为该篇专利技术使用了常规的高分子材料胶粘剂，在大规模生产时也将出现良率低等问题。为此，本领域持续需要开发一种导热率好、厚度高、粘结牢固的人工石墨/石墨烯复合导热膜。
技术实现思路
本申请之目的在于提供一种导热率好、厚度高、粘结牢固的人工石墨/石墨烯复合导热膜，从而解决上述现有技术中的技术问题。本申请之目的还在于提供一种如上所述的人工石墨/石墨烯复合导热膜的制备方法。具体来说，本申请提出一种基于聚酰亚胺膜及石墨烯材料制备一种复合导热膜的方法，致力于在获得较高导热膜横向热导率基础上降低聚酰亚胺石墨膜的成本的同时提高聚酰亚胺石墨膜的厚度，提升其热通量，增强其实际导热效果。在一种实施方式中，本申请以聚酰亚胺膜为基材，首先对其表面进行粗糙化处理，然后利用含有胶粘剂的石墨烯浆料作为中间层对其进行涂布得到过渡膜材，然后进一步涂布石墨烯导热浆料得到复合导热膜前体，最后经碳化石墨化过程得到导热性能优异、厚度较高且粘合牢固的复合导热膜。本申请一方面依靠对基材的粗糙化作用，提高基材与中间过渡层间的接触面积，另一方面通过胶粘剂的使用进一步增强基材与中间过渡层间的结合力，可以有效防止在此基础上进一步涂布石墨烯导热层在后续碳化石墨化过程中从基材上脱落，在经过碳化和石墨化后，胶粘剂和聚酰亚胺都变成人工石墨，与石墨烯层成为一个整体，从而获得结构完整的一体化复合导热膜，最终达到提升膜材厚度及其导热通量的目的。为了解决上述技术问题，本申请提供以下技术方案。在第一方面中，本申请提供一种人工石墨/石墨烯复合导热膜，其特征在于，所述人工石墨/石墨烯复合导热膜依次包括：作为整体进行碳化和石墨化的柔性基材层、含胶粘剂的石墨烯过渡层和石墨烯导热层，所述柔性基材层和所述含胶粘剂的石墨烯过渡层中的胶粘剂在石墨化过程中形成人工石墨。在第一方面的一种实施方式中，所述柔性基材层为粗糙化的聚酰亚胺膜。在第一方面的一种实施方式中，所述含胶粘剂的石墨烯过渡层由石墨烯和胶粘剂制成，所述胶粘剂为聚氨酯胶粘剂、水溶性环氧树脂胶粘剂、丙烯酸树脂胶粘剂、水溶性酚醛树脂胶粘剂或水溶性聚酰亚胺中的任意一种。在第一方面的一种实施方式中，所述石墨烯和所述胶粘剂的质量比为1:19～1:1。在第二方面中，本申请提供一种如第一方面所述的人工石墨/石墨烯复合导热膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)制备石墨烯过渡层浆料；将预定重量比例的石墨烯和胶粘剂分散于水中，真空脱泡后得到所述石墨烯过渡层浆料；(2)制备石墨烯导热浆料；将石墨烯分散于水中，真空脱泡后得到所述石墨烯导热浆料；(3)对柔性基材进行粗糙化，得到经过粗糙化的柔性基材；(4)涂布石墨烯过渡层在经过粗糙化的柔性基材上涂布所述石墨烯过渡层浆料，干燥后得柔性基材-石墨烯过渡层膜材，该石墨烯过渡层压延后厚度在10-100um，要求其厚度小于或等于粗糙化之前的柔性基材厚度的一半；(5)涂布石墨烯导热层；在所述柔性基材-石墨烯过渡层膜材上涂布所述石墨烯导热浆料，干燥后得到含石墨烯导热层的复合膜前体，其中所述石墨烯过渡层与所述石墨烯导热层压延后厚度之和在10-100um，并要求其总厚度小于或等于粗糙化之前的柔性基材厚度的一半；(6)对所述复合膜前体依次进行碳化和石墨化，得到复合导热膜；(7)对所述复合导热膜进行压延，得到所述人工石墨/石墨烯复合导热膜。在第一方面的一种实施方式中，制备石墨烯过渡层浆料的步骤包括将质量比为1:19～1:1的石墨烯及胶粘剂搅拌分散于水中，分散时间为1-5h，后进行真空除泡即得到石墨烯过渡层浆料，浆料中石墨烯质量分数为3％～9％。在第一方面的一种实施方式中，制备石墨烯导热浆料的步骤包括将一定量的石墨烯通过高速搅拌分散于水中，其中石墨烯质量分数为3％～9％，分散时间为1-3h，后进行真空除泡即得到石墨烯导热浆料。在第一方面的一种实施方式中，对柔性基材进行粗糙化的步骤包括以一定目数规格的砂纸为基底，将聚酰亚胺膜覆至其表面，通过反复辊压即可得到经粗糙化处理的聚酰亚胺膜。在第一方面的一种实施方式中，在步骤(4)和步骤(5)中，干燥的温度为70-90℃，优选地为80℃。在第一方面的一种实施方式中，在步骤(6)中，碳化温度为1000-1800℃，石墨化温度为2000-3000℃；在步骤(6)中，对所述复合导热膜进行压延包括对复合导热膜进行辊压。与现有技术相比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人工石墨/石墨烯复合导热膜，其特征在于，所述人工石墨/石墨烯复合导热膜依次包括：作为整体进行碳化和石墨化的柔性基材层、含胶粘剂的石墨烯过渡层和石墨烯导热层，所述柔性基材层和所述含胶粘剂的石墨烯过渡层中的胶粘剂在石墨化过程中形成人工石墨。/n

【技术特征摘要】
1.一种人工石墨/石墨烯复合导热膜，其特征在于，所述人工石墨/石墨烯复合导热膜依次包括：作为整体进行碳化和石墨化的柔性基材层、含胶粘剂的石墨烯过渡层和石墨烯导热层，所述柔性基材层和所述含胶粘剂的石墨烯过渡层中的胶粘剂在石墨化过程中形成人工石墨。


2.如权利要求1所述的人工石墨/石墨烯复合导热膜，其特征在于，所述柔性基材层为粗糙化的聚酰亚胺膜。


3.如权利要求1所述的人工石墨/石墨烯复合导热膜，其特征在于，所述含胶粘剂的石墨烯过渡层由石墨烯和胶粘剂制成，所述胶粘剂为聚氨酯胶粘剂、水溶性环氧树脂胶粘剂、丙烯酸树脂胶粘剂、水溶性酚醛树脂胶粘剂或水溶性聚酰亚胺中的任意一种。


4.如权利要求3所述的人工石墨/石墨烯复合导热膜，其特征在于，所述石墨烯和所述胶粘剂的质量比为1:19～1:1。


5.一种如权利要求1-4中任一项所述的人工石墨/石墨烯复合导热膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)制备石墨烯过渡层浆料；
将预定重量比例的石墨烯和胶粘剂分散于水中，真空脱泡后得到所述石墨烯过渡层浆料；
(2)制备石墨烯导热浆料；
将石墨烯分散于水中，真空脱泡后得到所述石墨烯导热浆料；
(3)对柔性基材进行粗糙化，得到经过粗糙化的柔性基材；
(4)涂布石墨烯过渡层
在经过粗糙化的柔性基材上涂布所述石墨烯过渡层浆料，干燥后得柔性基材-石墨烯过渡层膜材，该石墨烯过渡层压延后厚度在10-100um，要求其厚度小于或等于粗糙化之前的柔性基材厚度的一半；
(5)涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘跃文，李妙妙，张慧涛，郭玉芬，刘兆平，
申请(专利权)人：宁波石墨烯创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33