一种聚酰亚胺复合薄膜和石墨膜制造技术

本发明专利技术涉及导热材料技术领域，尤其涉及一种聚酰亚胺复合薄膜和石墨膜。本发明专利技术公开了一种聚酰亚胺复合薄膜，该薄膜由聚酰亚胺和所述聚酰亚胺复合的金属铜组成。聚酰亚胺复合薄膜在制备过程中，金属铜可以引导聚聚酰胺酸溶液的固化过程，增加分子链的塑性和促使亚胺化时分子链沿二维排布定向排列，利于聚酰亚胺复合薄膜高温烧结时六角二维碳平面生长，使高温烧结后得到的石墨膜表面平整、结构致密，定向程度高，导热性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种聚酰亚胺复合薄膜和石墨膜
本专利技术涉及导热材料
，尤其涉及一种聚酰亚胺复合薄膜和石墨膜。
技术介绍
在航空航天、高精尖军工装备以及5G产业中，微电子元器件和功率器件集成度越来越高，发热问题日趋严峻，散热材料成为电子封装和集成电路产业的关键材料。石墨材料具有较高的热导率，优良的机械性能，低密度、低热膨胀系数等，因此石墨材料的研发备受关注。聚酰亚胺薄膜高温石墨化是获得优异性能石墨膜的重要材料。聚酰亚胺分子在高温下经过分解、链重排，再结晶生成六方碳结构，并形成规整的三维石墨结构。但高温烧结不可避免的会造成聚酰亚胺薄膜在释放气体与链重排、再结晶过程中的横向和纵向的热膨胀、收缩不均匀，使得制备的石墨膜的内部结构不规整形成孔洞、断层，定向程度不高等现象，进而造成石墨膜表面质量不高，导热性能差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种聚酰亚胺复合薄膜和石墨膜，该聚酰亚胺复合薄膜中的铜可以增加分子链的塑性和促使亚胺化时分子链沿二维排布定向排列，利于聚酰亚胺复合薄膜高温烧结时六角二维碳平面生长，使高温烧结后得到的石墨膜表面平整、结构致密，定向程度高，导热性能优异。其具体技术方案如下：本专利技术提供了一种聚酰亚胺复合薄膜，由聚酰亚胺和所述聚酰亚胺复合的金属铜组成。本专利技术还提供了一种聚酰亚胺复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将二胺单体和二酐单体在极性溶剂中进行反应，得到聚酰胺酸溶液；步骤2：待所述聚酰胺酸溶液粘度上升至爬杆现象后，加入铜粉末进行搅拌，得到聚酰胺酸与铜的复合溶液；步骤3：将所述聚酰胺酸与铜的复合溶液进行脱泡处理后，涂布形成液膜，干燥后进行热酰亚胺化反应，得到聚酰亚胺复合薄膜。本专利技术聚酰亚胺复合薄膜的制备机理为：将二胺单体与二酐单体聚合形成聚酰亚胺酸的过程中加入铜粉，铜粉能引导聚酰胺酸溶液的固化过程，增加分子链的塑性和促使亚胺化时分子链沿二维排布定向排列，利于聚酰亚胺薄膜高温烧结时六角二维碳平面生长，使高温烧结后得到的石墨膜表面平整、结构致密，定向程度高，导热性能优异。本专利技术中，聚酰亚胺复合薄膜金属铜以单质的形式存在。本专利技术步骤1具体为：先将二胺单体一次性加入极性溶剂中进行分散溶解后，再分批等量加入二酐单体进行反应；所述二胺单体为二氨基二苯醚、丙二胺、对苯二胺、联苯胺和二氨基二苯酮中的一种或两种以上；所述二酐单体为均苯四甲酸二酐、联苯四甲酸二酐、二苯酮四酸二酐和氧双邻苯二甲酸酐中的一种或两种以上；所述极性溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中的一种或两种以上；本专利技术中，极性溶剂的用量标准为：使反应的溶液体系的固含量不大于15wt％，即固体的质量占整个溶液体系质量的比列不超过15wt％，从而保证溶液的粘度不会过大或过小；所述二胺单体与所述二酐单体的摩尔比为1：(1-1.02)；所述反应的温度为-10℃-10℃，时间为3-6h。本专利技术步骤2具体为：待所述聚酰胺酸溶液粘度上升至爬杆现象后，加入铜粉末，搅拌使其分散均匀，得到聚酰胺酸与铜的复合溶液；铜粉末优选经乙醇超声清洗并干燥后投入使用所述铜粉的粒径为10～200nm，优选为10nm；本专利技术中，铜粉过少会使其作用效果降低，过多会导致反应溶液的粘度增加，难以成膜，因此，所述聚酰胺酸与铜的复合溶液中铜粉的质量含量为0.5％-2wt％，优选为0.5wt％；所述搅拌的速率为150rpm-550rpm，时间为1h～2h；时间短混合不均匀，时间长聚酰胺酸溶液可能会发生水解制备聚酰胺酸与铜的复合溶液的过程中保持温度为20-30℃。本专利技术步骤3中，所述脱泡处理优选在低压真空中进行；所述涂布具体为：将聚酰胺酸与铜的复合溶液用刮涂、旋涂或辊涂等方式以一定的涂布厚度均匀的涂覆在光滑的玻璃板上，形成液膜；所述液膜的厚度优选为500μm～1200μm，更优选为1000μm；所述干燥用于脱除溶剂；所述干燥具体为：50℃～150℃保持60～120min，使干燥后的液膜中的溶剂含量为干燥前溶剂含量的30％-60％；所述干燥后，所述热酰亚胺化反应前，还包括：将干燥后的薄膜用拉伸夹具固定后，以1：(1.1-1.2)的拉伸宽度进行热酰亚胺化反应；所述热酰亚胺化反应优选在通有保护气体的真空炉中进行，所述热酰亚胺化反应的过程为：以150℃～260℃保持40～60min，然后以5℃/min的升温速率升温380-400℃反应1～3h；所述保护气体优选为氮气。本专利技术还提供了上述聚酰亚胺复合薄膜或上述制备方法制得的聚酰亚胺复合薄膜在制备石墨膜中的应用。本专利技术还提供了一种石墨膜，将上述聚酰亚胺复合薄膜或上述制备方法制得的聚酰亚胺复合薄膜进行烧结得到。本专利技术中，所述石墨膜的厚度为25μm-40μm。所述石墨膜的厚度取决于聚酰亚胺复合薄膜制备步骤3中液膜的厚度。本专利技术提供的石墨膜具有高定向大分子长芳香链，结构规整有序，晶粒尺寸较大。本专利技术中，所述烧结具体为：在氮气或负压真空的环境下，以2-5℃/min的升温速率升温至1200-1500℃碳化，再以10-20℃/min的升温速率升温至2800-3000℃后，通入氩气进行保护，得到石墨膜。从以上技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点：本专利技术提供了一种聚酰亚胺复合薄膜，该薄膜由聚酰亚胺和所述聚酰亚胺复合的金属铜组成。聚酰亚胺复合薄膜在制备过程中，金属铜可以引导聚聚酰胺酸溶液的固化过程，增加分子链的塑性和促使亚胺化时分子链沿二维排布定向排列，利于聚酰亚胺复合薄膜高温烧结时六角二维碳平面生长，使高温烧结后得到的石墨膜表面平整、结构致密，定向程度高，导热性能优异。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例1石墨膜的制备流程图；图2为本专利技术实施例1、对比例1和对比例3制得的石墨膜的XRD谱图；图3为本专利技术实施例1、对比例1和对比例3制得的石墨膜的Raman谱图；图4为本专利技术对比例1制得的石墨膜的SEM图；图5为本专利技术实施例1制得的石墨膜的SEM图；图6为本专利技术实施例2制得的石墨膜的SEM图；图7为本专利技术实施例3制得的石墨膜的SEM图；图8为本专利技术对比例3制得的石墨膜的SEM图。具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，显然，下面所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚酰亚胺复合薄膜，其特征在于，由聚酰亚胺和所述聚酰亚胺复合的金属铜组成。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚酰亚胺复合薄膜，其特征在于，由聚酰亚胺和所述聚酰亚胺复合的金属铜组成。


2.一种聚酰亚胺复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将二胺单体和二酐单体在极性溶剂中进行反应，得到聚酰胺酸溶液；
步骤2：待所述聚酰胺酸溶液粘度上升至爬杆现象后，加入铜粉末进行搅拌，得到聚酰胺酸与铜的复合溶液；
步骤3：将所述聚酰胺酸与铜的复合溶液进行脱泡处理后，涂布形成液膜，干燥后进行热酰亚胺化反应，得到聚酰亚胺复合薄膜。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述二胺单体为二氨基二苯醚、丙二胺、对苯二胺、联苯胺和二氨基二苯酮中的一种或两种以上；
所述二酐单体为均苯四甲酸二酐、联苯四甲酸二酐、二苯酮四酸二酐和氧双邻苯二甲酸酐中的一种或两种以上；
所述极性溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺中的一种或两种以上。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述二胺单体与所述二酐单体的摩尔比为1-1.02所述聚酰胺酸与铜的复合溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：王启民，蔡云飞，张腾飞，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44