一种石墨烯杂化复合材料及其在导电材料中的应用制造技术

本发明专利技术公开一种石墨烯杂化复合材料，包括多孔网络石墨烯，及灌注在多孔网络石墨烯中并固化的环氧树脂；其中多孔网络石墨烯为采用聚对苯二甲酰对苯二胺结合在石墨烯片层上形成多孔网络，然后依次经过冷冻干燥、碳化处理制得。本发明专利技术通过在多孔网络石墨烯中真空抽滤灌注环氧树脂体系，固化得到以碳纤维与石墨烯片层为支撑的多孔性网络导热、导电结构，环氧树脂体系充分渗透至多孔网络结构内，经过常温固化，相互间形成一个整体结合强度极高，不仅解决直接添加纳米石墨烯，分散不好，容易团聚的现象，同时多孔性网络阻碍环氧树脂分子链的运动，阻碍微裂纹的产生与扩展，有效增强产物的压缩性能。压缩性能。压缩性能。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯杂化复合材料及其在导电材料中的应用


[0001]本专利技术涉及石墨烯导电材料
，尤其涉及一种石墨烯杂化复合材料及其在导电材料中的应用。

技术介绍

[0002]由于电子元件的小型化、微型化及印刷电路板的高密度化和高度集成化的迅速发展，采用导电材料制成浆料，实现很高的线分辨率，有效提高生产效率。导电浆料一般为固化或干燥后具有一定导电性能的胶黏剂，它通常以基体树脂和导电填料即导电粒子为主要组成成分，通过基体树脂的粘结作用把导电粒子结合在一起，形成导电通路，实现被粘材料的导电连接。
[0003]环氧树脂分子间的高度交联特性使其具有超高的硬度、强度、耐热稳定性、耐溶剂及化学稳定性，广泛使用在电子元器件的导电材料中，而随着电子元器件的集成化和模块化使电子设备运行时热量的积累呈几何倍数的上升，造成电子元器件工作温度过高。而环氧树脂本质是电和热的不良导体，其热导率很低。
[0004]导电材料在电子元器件运行时，会产生大量热量，而电子元器件的温度每上升2℃，电子元器件的稳定性下降10％，热量累积直接损害电子元器件的寿命，同时会导致一些严重的后果，例如火灾等严重的事故。因此，为保证电子元器件稳定可靠地工作，必须设法降低工作温度，在电子元器件中迅速而及时的散热成为现代集成电子封装中重要的研究课题，开发高性能的环氧导电材料己成为目前行业发展的迫切需要。
[0005]石墨烯的单层原子结构具有超高的硬度和强度，其优秀的导热、导电性使环氧树脂的功能发生质的提高。由于石墨烯高的比表面积和成本，极低的填充量就可以使环氧树脂的物理机械性能发生显著的改善，要使环氧树脂获得石墨烯材料优秀的性能，需要克服石墨烯在环氧树脂中的团聚，团聚的石墨烯不仅导致导电、导热性差，同时易使环氧树脂内产生缺陷结构，导致环氧树脂导电材料的压缩性能明显变差。

技术实现思路

[0006]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出一种石墨烯杂化复合材料及其在导电材料中的应用。
[0007]本专利技术提出的一种石墨烯杂化复合材料，包括多孔网络石墨烯，及灌注在多孔网络石墨烯中并固化的环氧树脂；其中多孔网络石墨烯为采用聚对苯二甲酰对苯二胺结合在石墨烯片层上形成多孔网络，然后依次经过冷冻干燥、碳化处理制得。
[0008]一种所述的石墨烯杂化复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0009]S1、按重量份将30
‑
40份双酚A环氧树脂、2
‑
6份聚丙烯酰胺、12
‑
20份填充剂、0.1
‑
1份色粉加入高速搅拌机中搅拌10
‑
60min，搅拌速度为200
‑
500r/min，搅拌温度为40
‑
50℃，冷却至室温，降低搅拌速度为50
‑
150r/min，加入1
‑
5份芳香胺固化剂、1
‑
2份促进剂、1
‑
3份稀释剂，继续搅拌10
‑
20min，真空脱泡得到环氧树脂体系；
[0010]促进剂包括促进剂DyhardUR 500与3
‑
巯基丙酸酯；
[0011]S2、将1
‑
5份氧化石墨烯、1
‑
3份聚对苯二甲酰对苯二胺加入20
‑
50份水中搅拌均匀，加入2
‑
6份碘化氢，室温搅拌1
‑
2h，搅拌速度为1000
‑
2000r/min，密封，70
‑
80℃静置10
‑
20h，送入水中浸泡1
‑
3天，其中每2
‑
5h换一次水，冷冻干燥，氮气氛中碳化处理10
‑
30min，碳化温度为800
‑
1000℃，降至室温得到多孔网络石墨烯；
[0012]S3、将多孔网络石墨烯加入容器中，真空抽滤向其中灌注环氧树脂体系，常温固化，修边得到石墨烯杂化复合材料。
[0013]优选地，在S1中，促进剂中，促进剂DyhardUR 500与3
‑
巯基丙酸酯的质量比为10：1
‑
5。
[0014]优选地，在S1中，芳香胺固化剂为间苯二胺和二氨基二苯基甲烷的混合物。
[0015]优选地，在S1中，芳香胺固化剂中，间苯二胺和二氨基二苯基甲烷的质量比为1
‑
2：1。
[0016]优选地，在S1中，稀释剂为丁基缩水甘油醚、2
‑
乙基
‑
己基缩水甘油醚、一缩二乙二醇二缩水甘油醚及乙二醇二缩水甘油醚中至少一种。
[0017]优选地，在S1中，填充剂为白炭黑、氢氧化铝及碳酸钙中至少一种。
[0018]一种如所述的石墨烯杂化复合材料在导电材料的应用。
[0019]本专利技术的技术效果如下所示：
[0020]本专利技术中，双酚A环氧树与聚丙烯酰胺互溶性好，其中聚丙烯酰胺可降低复配树脂的室温粘度，而双酚A环氧树脂可增强体系的稳定性，两者复配，并经过Dyhard UR 500促进剂促使3
‑
巯基丙酸酯中的巯基转化为巯基离子，进而与芳香胺固化剂作用促使双酚A环氧树脂中的环氧基结合，体系在常温即可固化；
[0021]将氧化石墨烯、聚对苯二甲酰对苯二胺分散在水中，聚对苯二甲酰对苯二胺与氧化石墨烯相互扩充，在水溶液中分散均匀度极高，然后采用碘化氢强还原作用，将氧化石墨烯的含氧官能团去除，水溶性降低，而通过氢键结合在石墨烯片层上的聚对苯二甲酰对苯二胺所形成的空间位阻限制石墨烯团聚，促使石墨烯形成多孔的网络结构，然后经过冷冻干燥，氮气氛中碳化处理，聚对苯二甲酰对苯二胺热解形成碳纤维并在石墨烯片层间起到搭桥的作用；
[0022]进一步在多孔网络石墨烯中真空抽滤灌注环氧树脂体系，常温固化得到以碳纤维与石墨烯片层为支撑的多孔性网络导热、导电结构，环氧树脂体系充分渗透至多孔网络结构内，经过常温固化，相互间形成一个整体结合强度极高，不仅解决直接添加石墨烯，分散不好，容易团聚的现象，同时多孔性网络阻碍环氧树脂分子链的运动，阻碍微裂纹的产生与扩展，有效增强产物的压缩性能。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例5与对比例1
‑
4制品的电导率、导热率对比图。
[0024]图2为本专利技术实施例5与对比例2制品的压缩性能对比图。
具体实施方式
[0025]下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0026]实施例1
[0027]一种石墨烯杂化复合材料，包括多孔网络石墨烯，及灌注在多孔网络石墨烯中并固化的环氧树脂；其中多孔网络石墨烯为采用聚对苯二甲酰对苯二胺结合在石墨烯片层上形成多孔网络，然后依次经过冷冻干燥、碳化处理制得。
[0028]一种石墨烯杂化复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0029]S1、将3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯杂化复合材料，其特征在于，包括多孔网络石墨烯，及灌注在多孔网络石墨烯中并固化的环氧树脂；其中，多孔网络石墨烯为采用聚对苯二甲酰对苯二胺结合在石墨烯片层上形成多孔网络，然后依次经过冷冻干燥、碳化处理制得。2.一种如权利要求1所述的石墨烯杂化复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将双酚A环氧树脂、聚丙烯酰胺、填充剂、色粉搅拌10
‑
60min，搅拌温度为40
‑
50℃，冷却至室温，加入芳香胺固化剂、促进剂、稀释剂继续搅拌10
‑
20min，真空脱泡得到环氧树脂体系；促进剂包括：促进剂DyhardUR500与3
‑
巯基丙酸酯；S2、将氧化石墨烯、聚对苯二甲酰对苯二胺加入水中搅拌均匀，加入碘化氢室温搅拌1
‑
2h，密封，70
‑
80℃静置10
‑
20h，送入水中浸泡1
‑
3天，其中每2
‑
5h换一次水，冷冻干燥，氮气氛中碳化处理10
‑
30min，碳化温度为800
‑
1000℃，降至室温得到多孔网络石墨烯；S3、将多孔网络石墨烯加入容器中，真空抽滤向其中灌注环氧树脂体系，常温固化，修边得到石墨烯杂化复合材料。3.根据权利要求2所述的石墨烯杂化复合材料的制备方法，其特征在于，在S1中，促进剂DyhardUR500与3
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：杨福河，
申请(专利权)人：江苏晶河电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：