【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合材料制备，具体的说，涉及一种改性多壁碳纳米管/碳化硅/纤维素纳米晶导热复合材料及制备方法。
技术介绍
1、随着科技的发展，电子元器件正向着微型化和高集成度方向发展。这些器件工作时，会产生大量的热量，这些热量会通过热界面材料传导到散热片上，然后通过空气或其他冷却介质的对流来散热，最终将热量传递给外部环境。如果不能有效地排散电子元器件与设备产生的废热以控制其工作温度，将大大影响器件与设备的工作稳定性。因此，热界面材料亟需具有更好的导热散热性能。
2、聚合物由于其电绝缘性能好和加工性能优异等特点使其在电子器件散热材料中应用广泛，通过在聚合物中添加氮化硼、碳化硅和碳纳米管等导热填料，可以显著提高其导热系数，从而增强复合材料的散热性能。然而，在采用单一填料填充聚合物基体时，为追求更高的导热系数，通常需要添加较高含量的填料，这可能导致复合材料的力学性能和加工性能下降。此外，过量添加填料还可能导致复合材料内部有害界面过多，限制了复合材料导热系数的提升。将不同种类或尺寸的两种或多种填料按照适当比例混合添加是一种有效的解决方案，这种方案可以增加填料之间的接触面积，从而有利于构建更多有效的导热通路，能够有效地提升复合材料的导热性能。一维碳纳米管因其具有较高的长径比、良好的热稳定性、出色的力学性能和导热性能，与导热性能良好的颗粒状碳化硅共同加入基体后会产生协同作用进而提升复合材料的导热性能。但是多壁碳纳米管mwcnt和碳化硅两种填料与基体之间仍有较大的界面热阻，限制了复合材料导热系数的大幅提升。因此，实现填料与聚合物基体
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供了一种改性多壁碳纳米管/碳化硅/纤维素纳米晶导热复合材料及制备方法。本专利技术改善了两种填料与纤维素纳米晶cnc基体之间的界面结合性，提高了碳纳米管的分散性，降低了复合材料之间的界面热阻，使复合材料的导热性能得到提升。本专利技术的技术方案具体介绍如下。
2、一种改性多壁碳纳米管/碳化硅/纤维素纳米晶导热复合材料的制备方法，包括以下步骤：
3、步骤一：将液态的硅烷偶联剂加入乙醇溶液中超声水解，水解结束后，加入羟基化多壁碳纳米管，并超声分散；
4、步骤二：将步骤一得到的溶液在55-65℃的温度下反应5-7h，反应结束后离心并用去离子水洗涤，然后将所得沉淀物干燥，得到改性羟基化多壁碳纳米管；
5、步骤三：将碳化硅颗粒放入马弗炉内热处理氧化，氧化完成后将氧化后样品加入hf和乙醇的混合溶液中搅拌，完成后离心并用去离子水洗涤，再将所得沉淀物干燥，得到改性碳化硅颗粒sic-oh；
6、步骤四：将改性碳化硅颗粒sic-oh充分分散在有机溶剂中后，加入羧基化纤维素纳米晶cnc溶液充分超声混合均匀，得到sic-oh/cnc分散液；
7、步骤五：将步骤二所得改性羟基化多壁碳纳米管加入至sic-oh/cnc分散液中超声混合均匀；
8、步骤六：将步骤五所得混合溶液真空抽滤，完成后将所得薄膜干燥，得到改性多壁碳纳米管/碳化硅/纤维素纳米晶导热复合材料。
9、本专利技术中，步骤一中，硅烷偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷a151、乙烯基三甲氧基硅烷a171、3-氨基丙基三甲氧基硅烷kh540、γ-氨丙基三乙氧基硅烷kh550、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷kh560、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷kh570或γ-巯丙基三乙氧基硅烷kh580中的至少一种；乙醇溶液中，乙醇和水的体积比在9：1～7：1之间；乙醇溶液和硅烷偶联剂的体积比在120：1～80：1之间；羟基化多壁碳纳米管和硅烷偶联剂的质量比为10:1～50:1g/ml之间；超声水解温度在40-80℃之间，超声频率40khz，超声功率在100-500w之间，超声时间在5min-30min。
10、本专利技术中，步骤三中，马弗炉的加热温度为680-720℃，加热时间为30min-90min；马弗炉的升温速率为8-15℃/min。
11、本专利技术中，步骤三中，hf和乙醇的混合溶液中，hf和乙醇的体积比在9：1～8：3之间；搅拌时间为10-60min。
12、本专利技术中，步骤二和步骤三中，离心时的转速为9000r/min，时间为10min，且所得沉淀物需要用去离子水洗涤3～4次。
13、本专利技术中，步骤四中，有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺dmf；cnc溶液的浓度为2wt％～5wt％；sic-oh/cnc分散液中，改性碳化硅颗粒sic-oh和羧基化纤维素纳米晶cnc的质量比为1：1。
14、本专利技术中，步骤五中，改性羟基化多壁碳纳米管的含量为改性碳化硅颗粒sic-oh和羧基化纤维素纳米晶cnc总质量的1-6wt％；优选的，为4-6％，最优选的，为5％。
15、本专利技术中，步骤五中，真空抽滤所用滤膜为尼龙膜，具体的实施例中，其孔径0.22μm，直径47mm。
16、本专利技术中，步骤四和步骤五中，超声处理的温度为20-40℃，超声频率40khz，超声功率在100-500w之间，超声时间为1～3h。
17、本专利技术中，步骤二、步骤三和步骤六中，干燥时采用真空干燥方式，干燥温度在60-80℃之间，干燥时间在30min-12h之间。
18、本专利技术还提供一种上述的制备方法制备得到的改性羟基化多壁碳纳米管/碳化硅/纤维素纳米晶复合材料。
19、本专利技术改性原理为：
20、羟基化碳纳米管改性：首先，硅烷偶联剂发生水解反应，形成不同链段的硅醇基团。当羟基化mwcnt加入之后，硅醇基团与mwcnt发生偶联反应，在mwcnt上接枝不同链段的硅醇基团，得到硅烷化的mwcnt。硅烷化的mwcnt加入到cnc基体中后，与cnc产生化学交联，使mwcnt在cnc基体中均匀分散并牢靠结合。
21、碳化硅改性：sic在常温下不与hf发生反应，而sio2可以与hf在常温下发生反应。sic表面氧化的目的是为了除去sic表面多余的c并且生成sio2层，hf与sio2发生反应的方程式为：sio2+4hf＝sif4+2h2o，hf与sio2反应并将其除去时，sic表面会暴露出大量的配位不饱和原子，当sic的si端上的o原子被去除时，会与f原子形成si-f键，同时在c端配位不饱和原子与h2o分子发生作用引入-oh基团，形成sic-oh。sic-oh表面的羟基会与cnc表面的羧基生成氢键，使sic在复合材料中分散均匀并与基体连接更加紧密。
22、和现有技术相比，本专利技术的积极进步效果在于：
23、(1)本专利技术提供的改性羟基化多壁碳纳米管/改性碳化硅/纤维素纳米晶复合材料的优点在于在两种不同形态的填料配合下，复合材料的导热性能得到有效提升。
24、(2)使用硅烷偶联剂对羟基化多壁碳纳米管进行表面改性，使用hf对碳化硅进行表面改性，降低了填料与基体之间的界面热阻，得到导热性能更好的复合材料。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种改性多壁碳纳米管/碳化硅/纤维素纳米晶导热复合材料的制备方法，其特征在于，
2. 根据权利要求1所述的改性羟基化多壁碳纳米管/改性碳化硅/纤维素纳米晶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，硅烷偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷A151、乙烯基三甲氧基硅烷A171、3-氨基丙基三甲氧基硅烷KH540、γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷KH560、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷KH570或γ-巯丙基三乙氧基硅烷KH580中的至少一种；乙醇溶液中，乙醇和水的体积比在9：1~7：1之间；乙醇溶液和硅烷偶联剂的体积比在120：1~80：1之间；羟基化多壁碳纳米管和硅烷偶联剂的质量比为10: 1~50:1g/mL之间；超声水解温度在40-80℃之间，超声时间在5min-30min。
3.根据权利要求1所述的改性羟基化多壁碳纳米管/改性碳化硅/纤维素纳米晶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤三中，马弗炉的加热温度为680-720℃，加热时间为30min-90min。
4.根据权利要求1所述的改性羟基化多壁碳纳米管/
5.根据权利要求1所述的改性羟基化多壁碳纳米管/改性碳化硅/纤维素纳米晶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤四中，有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF；CNC溶液的浓度为2wt%~5wt%；SiC-OH/CNC分散液中，改性碳化硅颗粒SiC-OH和羧基化纤维素纳米晶CNC的质量比为1：1。
6. 根据权利要求1所述的改性羟基化多壁碳纳米管/改性碳化硅/纤维素纳米晶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤五中，改性羟基化多壁碳纳米管的含量为改性碳化硅颗粒SiC-OH和羧基化纤维素纳米晶CNC加入总质量的1-6 wt%。
7. 根据权利要求1所述的改性羟基化多壁碳纳米管/碳化硅/纤维素纳米晶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤四和步骤五中，超声处理的温度为20-40 ℃，时间为1～3 h。
8.根据权利要求1所述的改性羟基化多壁碳纳米管/碳化硅/纤维素纳米晶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二、步骤三和步骤六中，干燥时采用真空干燥方式，干燥温度在60-80℃之间，干燥时间在30min-12h之间。
9.一种根据权利要求1-8之一所述的制备方法制备得到的改性羟基化多壁碳纳米管/碳化硅/纤维素纳米晶复合材料。
10.一种根据权利要求9所述的改性羟基化多壁碳纳米管/碳化硅/纤维素纳米晶复合材料作为导热材料的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种改性多壁碳纳米管/碳化硅/纤维素纳米晶导热复合材料的制备方法，其特征在于，
2. 根据权利要求1所述的改性羟基化多壁碳纳米管/改性碳化硅/纤维素纳米晶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，硅烷偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷a151、乙烯基三甲氧基硅烷a171、3-氨基丙基三甲氧基硅烷kh540、γ-氨丙基三乙氧基硅烷kh550、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷kh560、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷kh570或γ-巯丙基三乙氧基硅烷kh580中的至少一种；乙醇溶液中，乙醇和水的体积比在9：1~7：1之间；乙醇溶液和硅烷偶联剂的体积比在120：1~80：1之间；羟基化多壁碳纳米管和硅烷偶联剂的质量比为10: 1~50:1g/ml之间；超声水解温度在40-80℃之间，超声时间在5min-30min。
3.根据权利要求1所述的改性羟基化多壁碳纳米管/改性碳化硅/纤维素纳米晶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤三中，马弗炉的加热温度为680-720℃，加热时间为30min-90min。
4.根据权利要求1所述的改性羟基化多壁碳纳米管/改性碳化硅/纤维素纳米晶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤三中，hf和乙醇的混合溶液中，hf和乙醇的体积比在9：1~8：3之间；搅拌时间为10-60min。
5.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：董岚，贺宏达，吴子华，王元元，谢华清，李奕怀，俞晓晓，刘安邦，
申请(专利权)人：上海第二工业大学，
类型：发明
国别省市：
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