【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料，具体为一种高性能纳米碳散热复合材料。
技术介绍
1、典型的纳米碳材料主要有碳纳米管和石墨烯，其分别具有独特的一维和二维层状晶格结构，而这些特殊的结构也赋予其高热导率和电子迁移率、化学稳定性好、质量密度低、力学性能强等优点，同时，碳纳米管长径比较大而具有较好柔性，石墨烯具有大片层结构，复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观、微观上组成具有新性能的材料，各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求，热的传导方式有三种：热传导、热对流、热辐射；目前市场上导热材料都是采用热传的模式，随着电子技术的发展，电子产品朝着集成化、高功率发展，传统的传热模式已经满足不了散热的需求，市场对导热材料提出更高的要求；传热从单纯热传导模式向导热和热辐射复合模式发展，目前市场上广泛使用的导热材料有导热硅脂、导热硅胶片、导热灌封胶、导热矽胶布、石墨等几种材料。
2、现有纳米碳材料的热膨胀系数大，导热系数较低，容易受温度影响而发生变形，尤其是将其应用在温差较大的环境下，其更容易产生变形；纳米碳材料因分散性较差，且不能与其他材料很好的相容而影响了使用效果；而且其耐腐蚀性能差，需要经过表面处理才能长久使用，导致了高成本及高额的环保成本，目前绝大部分的表面处理，都存在环保隐患，需要集中管理，集中排放与环保处理，因此极大的增加了制作工艺的复杂性、工序成本、环保成本和管理成本。
技术实现思路
1、针对现
2、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种高性能纳米碳散热复合材料，其原料按重量份比包括：纳米碳20-40份、氧化石墨烯溶液10-20份、热塑性树脂5-15份、钛酸铋10-20份、双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物5-10份、l-谷氨酸5-10份、有机树脂6-12份、丙基三甲氧基硅烷5-15份、聚乙二醇6-18份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷5-12份、环氧树脂10-20份、丙烯酸聚氨酯10-20份和聚四氟乙烯5-12份。
3、优选的，所述纳米碳为碳单质纳米材料、碳纳米纤维、纳米碳球按照质量配比1:3:4混合得到，所述碳单质纳米材料为碳单质，所述碳单质在其最小单元的三维结构中，其中至少一维的尺度为0.1100nm，碳单质纳米材料和石墨微粉具有较好的耐腐蚀性能，大大提升了物品在户外的适应性，并且不需要额外表面防腐处理，降低了生产成本。
4、优选的，所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.1～10mg/ml，优选为0.1～3mg/ml；所述氧化石墨烯的径向尺寸为10nm～1mm，厚度为0.24nm～2nm；所述氧化石墨烯包括单层、双层、多层氧化石墨烯中的任意一种或两种以上的组合。
5、优选的，所述热塑性树脂包括：聚苯硫醚及其与聚酰胺、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲醛(pom)、聚酮(pok)、聚醚酮(pek)、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚苯砜、聚硫醚砜、聚芳硫醚、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、热塑性聚酯、热塑性聚氨酯等中的一种或两种以上品种，再经过物理机械共混或化学改性形成的多相态、多组份聚合物共混物。
6、优选的，所述纳米碳的导热系数在600w/m以上，优选在1200w/m以上，尤其优选为1200w/m～2200w/m；和/或，所述纳米碳的电导率在4×104s/m以上，优选在3×105s/m以上，尤其优选为3×105s/m～1×106s/m；和/或，所述纳米碳的拉伸强度在300mpa以上，优选在2000mpa以上，尤其优选为2000～2600mpa，杨氏模量在40gpa以上，优选为40～220gpa。
7、优选的，所述一种高性能纳米碳散热复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
8、s1、钛酸铋再处理：取适量钛酸铋、氧化镧以及五氧化二铌以3:1:1的比例混合后放入球磨机中进行球磨，得球磨粉体a；将球磨粉体a在870℃下预烧30min；得预烧混合物；将预烧混合物放入球磨机中进行球磨，得球磨粉体b；
9、s2、相容性纳米碳材料的制备：将适量的纳米碳分散在去离子水中形成料浆，将料浆水浴恒温至75℃-85℃保温，冷凝回流，搅拌料浆，并在搅拌状态下向料浆中加入l-谷氨酸，加料完成后搅拌保温50～60min，然后固液分离，固相用80℃的热水洗涤，烘干，获得一次改性粉末；将所述一次改性粉末分散在无水乙醇中形成悬浊液，将双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物加入乙醇水溶液中配置成改性剂，搅拌所述悬浊液，在搅拌状态下向悬浊液中加入改性剂，加料完成后继续搅拌悬浊液2～3h，然后固液分离，固相用无水乙醇洗涤，烘干，获得二次改性粉末；将二次改性粉末分散在无水乙醇中，然后向悬浊液中加入甲苯形成混合液，搅拌所述混合液，搅拌过程中向所述混合液中加入三乙基(三氟甲基)硅烷，加料完成后混合液在搅拌状态下水浴恒温至28℃-32℃，恒温搅拌5h以上，然后固液分离，固相用无水乙醇洗涤2次，去离子水洗涤2次，烘干，获得相容性纳米碳材料；
10、s3、高性能纳米碳散热复合材料的制备：制备时，先采用喷雾的方式将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷与纳米碳预混合5-15min，然后在真空度0.04mpa下干燥5min，再将有机树脂、丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、聚乙二醇加入混合均匀，然后加入氧化石墨烯溶液、热塑性树脂和钛酸铋，混合即可得到高性能纳米碳散热复合材料。
11、优选的，所述s2中，所述纳米碳分散在去离子水中的固液质量比为固/液＝1:10～15，所述l-谷氨酸的加入质量与所述纳米碳质量比为l-谷氨酸：纳米碳＝8～10:100，所述一次改性粉末分散在无水乙醇中形成悬浊液的固液质量比为固/液＝1:10～15，所述改性剂为将双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物按量比为双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物：乙醇水溶液＝4～5g/100ml的比例加入乙醇的水溶液中获得，所述乙醇的水溶液为乙醇体积分数75％的溶液，所述悬浊液中加入所述改性剂的体积比为1:1，所述二次改性粉末分散在无水乙醇中的固液质量比为固/液＝1:10～15，所述甲苯的加入质量与所述二次改性粉末量比为甲苯：二次改性粉末＝5～8ml：10g；所述三乙基(三氟甲基)硅烷的加入质量与所述二次改性粉末质量比为三乙基(三氟甲基)硅烷：二次改性粉末＝1～2:10。
12、有益效果
13、本专利技术提供了一种高性能纳米碳散热复合材料。与现有技术相比具备以下有益效果：该高性能纳米碳散热复合材料，通过制备原料中加入钛酸铋可以降低纳米碳铝复合导热材料的热膨胀系数，而且钛酸铋经过改性处理，可以进一步大幅降低纳米碳复合材料的热膨胀系数，其应该在实物上，可以提高散热效率以及减少实物在温差较大的环境下使用发生变形的情况；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高性能纳米碳散热复合材料，其特征在于：其原料按重量份比包括：纳米碳20-40份、氧化石墨烯溶液10-20份、热塑性树脂5-15份、钛酸铋10-20份、双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物5-10份、L-谷氨酸5-10份、有机树脂6-12份、丙基三甲氧基硅烷5-15份、聚乙二醇6-18份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷5-12份、环氧树脂10-20份、丙烯酸聚氨酯10-20份和聚四氟乙烯5-12份。
2.根据权利要求1所述的一种高性能纳米碳散热复合材料，其特征在于：所述纳米碳为碳单质纳米材料、碳纳米纤维、纳米碳球按照质量配比1:3:4混合得到，所述碳单质纳米材料为碳单质，所述碳单质在其最小单元的三维结构中，其中至少一维的尺度为0.1100nm。
3.根据权利要求1所述的一种高性能纳米碳散热复合材料，其特征在于：所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.1～10mg/ml，优选为0.1～3mg/ml；所述氧化石墨烯的径向尺寸为10nm～1mm，厚度为0.24nm～2nm；所述氧化石墨烯包括单层、双层、多层氧化石墨烯中的任意一种或两种以上的组合。
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5.根据权利要求1所述的一种高性能纳米碳散热复合材料，其特征在于：所述纳米碳的导热系数在600W/m以上，优选在1200W/m以上，尤其优选为1200W/m～2200W/m；和/或，所述纳米碳的电导率在4×104S/m以上，优选在3×105S/m以上，尤其优选为3×105S/m～1×106S/m；和/或，所述纳米碳的拉伸强度在300MPa以上，优选在2000MPa以上，尤其优选为2000～2600Mpa，杨氏模量在40GPa以上，优选为40～220GPa。
6.根据权利要求1-5所述的一种高性能纳米碳散热复合材料，其特征在于：其制备方法具体包括以下步骤：
7.根据权利要求7所述的一种高性能纳米碳散热复合材料的制备方法，其特征在于：S2中，所述纳米碳分散在去离子水中的固液质量比为固/液＝1:10～15，所述L-谷氨酸的加入质量与所述纳米碳质量比为L-谷氨酸：纳米碳＝8～10:100，所述一次改性粉末分散在无水乙醇中形成悬浊液的固液质量比为固/液＝1:10～15，所述改性剂为将双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物按量比为双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物：乙醇水溶液＝4～5g/100mL的比例加入乙醇的水溶液中获得，所述乙醇的水溶液为乙醇体积分数75％的溶液，所述悬浊液中加入所述改性剂的体积比为1:1，所述二次改性粉末分散在无水乙醇中的固液质量比为固/液＝1:10～15，所述甲苯的加入质量与所述二次改性粉末量比为甲苯：二次改性粉末＝5～8mL：10g；所述三乙基(三氟甲基)硅烷的加入质量与所述二次改性粉末质量比为三乙基(三氟甲基)硅烷：二次改性粉末＝1～2:10。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能纳米碳散热复合材料，其特征在于：其原料按重量份比包括：纳米碳20-40份、氧化石墨烯溶液10-20份、热塑性树脂5-15份、钛酸铋10-20份、双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物5-10份、l-谷氨酸5-10份、有机树脂6-12份、丙基三甲氧基硅烷5-15份、聚乙二醇6-18份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷5-12份、环氧树脂10-20份、丙烯酸聚氨酯10-20份和聚四氟乙烯5-12份。
2.根据权利要求1所述的一种高性能纳米碳散热复合材料，其特征在于：所述纳米碳为碳单质纳米材料、碳纳米纤维、纳米碳球按照质量配比1:3:4混合得到，所述碳单质纳米材料为碳单质，所述碳单质在其最小单元的三维结构中，其中至少一维的尺度为0.1100nm。
3.根据权利要求1所述的一种高性能纳米碳散热复合材料，其特征在于：所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.1～10mg/ml，优选为0.1～3mg/ml；所述氧化石墨烯的径向尺寸为10nm～1mm，厚度为0.24nm～2nm；所述氧化石墨烯包括单层、双层、多层氧化石墨烯中的任意一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的一种高性能纳米碳散热复合材料，其特征在于：所述热塑性树脂包括：聚苯硫醚及其与聚酰胺、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲醛(pom)、聚酮(pok)、聚醚酮(pek)、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚苯砜、聚硫醚砜、聚芳硫醚、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、热塑性聚酯、热塑性聚氨酯等中的一种或两种以上品种，再经过物理机械共混或化学改性形成的多相态、多组份聚合物共混物。
【专利技术属性】
技术研发人员：张建文，陈香，
申请(专利权)人：凯仁精密材料江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：
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