[發(fā)明專利]一種含有石墨烯的高導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310629967.1
• 申請(qǐng)日: 2013-11-29
• 公開（公告）號(hào): CN103627179A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾尤;鄭雅軒;英哲;馬超群;任文才;劉暢;成會(huì)明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號(hào): C08L83/07
• 分類號(hào): C08L83/07;C09K5/14;C08K3/04;C08K3/22;C08K5/14;B29C35/02
• 代理公司: 沈陽(yáng)優(yōu)普達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料領(lǐng)域，特別涉及了一種含有石墨烯的高導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代電子芯片技術(shù)的高度集成化和大功率化，發(fā)展具有高熱導(dǎo)率的新型熱界面材料已成為需要迫切解決的關(guān)鍵問題。

硅橡膠具有耐高溫、耐高電壓、耐臭氧老化、耐輻射等優(yōu)異的綜合性能，是工業(yè)中廣泛采用的熱界面基體材料。然而，硅橡膠導(dǎo)熱性能較低（熱導(dǎo)率僅為0.15W/m·K），不適宜直接用作熱界面材料，通常需要加入導(dǎo)熱填料提高其熱導(dǎo)率。目前，常用的導(dǎo)熱填料主要有：金屬粉末、氧化鋁、氮化硼、碳化硅等，由于這些導(dǎo)熱填料本身的熱導(dǎo)率較低，故只有在填充量很高的情況下才能取得較高的導(dǎo)熱系數(shù)。然而，大量填充導(dǎo)熱填料的硅橡膠復(fù)合材料的加工性能下降，硫化后硬度增加，在很大程度上影響了它的使用性。

近年來，為了進(jìn)一步提高硅橡膠復(fù)合材料的導(dǎo)熱性，快速發(fā)展的納米級(jí)高導(dǎo)熱性填料石墨烯已引起了廣泛關(guān)注。石墨烯作為導(dǎo)熱填料具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）石墨烯材料具有獨(dú)特的二維聲子傳輸特性、極高的理論熱導(dǎo)率（高達(dá)5150W/m·K）,是目前導(dǎo)熱系數(shù)最高的材料；

（2）石墨烯具有很高的徑厚比（高達(dá)5000以上），很高的比表面積，理論值高達(dá)2600m²/g，石墨烯如此高的比表面積，可有利于提高其與基體聚合物的相互作用，增強(qiáng)界面結(jié)合能，與聚合物的相容性更好；

（3）石墨烯為二維薄片結(jié)構(gòu)，相比于其他無機(jī)導(dǎo)熱填料，更加易于分散于聚合物基體中。

綜合以上石墨烯的優(yōu)點(diǎn)，將石墨烯作為導(dǎo)熱填料，可以使得復(fù)合材料的熱導(dǎo)率得到很大的提高。然而，關(guān)于石墨烯/硅橡膠導(dǎo)熱復(fù)合材料的研究還不多，尤其是以高溫硫化硅橡膠為基體的研究。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)（公開號(hào)CN103087404A）公開了一種石墨烯填充聚合物基復(fù)合材料及其制備方法，將石墨烯微片加入到PET、PS、PVC等聚合物中，能夠提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)（CN102827480A）公開了一種制備高導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料的方法，通過向硅橡膠中添加膨脹石墨來提高硅橡膠的熱導(dǎo)率，但是這種方法對(duì)于石墨的處理工藝繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有硅橡膠復(fù)合材料熱導(dǎo)率低的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種含有石墨烯的高導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料及其制備方法，利用石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，以及通過優(yōu)化制備工藝，獲得導(dǎo)熱率高、耐熱性好、力學(xué)性能優(yōu)異的高性能導(dǎo)熱復(fù)合材料。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種含有石墨烯的高導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料，按重量份數(shù)計(jì)，該復(fù)合材料中，基體為100份，導(dǎo)熱填料為20～70份，硫化劑為0.5～5.0份；所述的基體是硅橡膠生膠，硅橡膠生膠是分子量為200000～1000000的含有乙烯基的聚硅氧烷；所述的導(dǎo)熱填料為無機(jī)導(dǎo)熱填料，其為石墨烯，或石墨烯與氧化鋁的混合物。

所述的硫化劑為過氧化苯甲酰、過氧化二異丙苯或2，5-二甲基-2，5-二叔丁基過氧化己烷。

所述的無機(jī)導(dǎo)熱填料為石墨烯與氧化鋁的混合物時(shí)，石墨烯與氧化鋁的重量比例為1:（1～5）。

所述的石墨烯為插層剝離法、石墨氧化還原法或其他方法制備的石墨烯。

所述的含有石墨烯的高導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）將基體、導(dǎo)熱填料、硫化劑在室溫20℃～30℃條件下混煉，得到混煉膠；

（2）將所得混煉膠置于真空干燥箱中，在40℃～80℃下，采用抽真空的方法，去除內(nèi)部的氣泡；

（3）將步驟（2）所得混煉膠放入模具中，置于平板硫化機(jī)中熱壓成型及一段硫化，再放入干燥箱中進(jìn)行二段硫化，得到高導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料。

步驟（3）中所述的熱壓成型及一段硫化為：將步驟（2）所得混煉膠置于模具中，在130℃～185℃，10MPa～15MPa的條件下，硫化5～25分鐘。

步驟（3）中所述的二段硫化為：將熱壓成型及一段硫化的混煉膠在真空干燥箱中，于180℃～220℃下保持1h～3h，得到高導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）本發(fā)明使用的導(dǎo)熱填料，具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，其獨(dú)特的二維片層結(jié)構(gòu)，高的比表面積，使其易于在硅橡膠基體中分散并形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，在低填充量的情況下可達(dá)到較高的導(dǎo)熱性能。

（2）用本發(fā)明制備石墨烯/硅橡膠復(fù)合材料的工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，在制備過程中不使用其他有毒有害的化學(xué)試劑，因此不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。