[發明專利]一種石墨烯復合導熱塑料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410673428.2
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN104387757A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 王振中
• 申請（專利權）人: 廈門烯成科技有限公司
• 主分類號: C08L77/00
• 分類號: C08L77/00;C08L23/06;C08L23/12;C08L69/00;C08L55/02;C08L77/02;C08L81/02;C08K9/04;C08K3/04
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技術領域

本發明涉及到導熱材料的技術領域，特別涉及到一種石墨烯復合導熱塑料及其制備方法。

背景技術

與金屬鋁相比，導熱塑料具有易成型、密度低以及絕緣耐高壓等特點，在LED球泡燈、電池組散熱外殼等產品中被采用。目前已公開的導熱塑料相關專利，都是由一種或多種導熱材料與高分子基體復合而成，其中導熱材料的熱導率和添加量決定了最終導熱塑料的熱導率。從這些已公開的專利來看，被廣泛使用的導熱材料包括氧化鋁、氮化硼、氧化鋯等絕緣的陶瓷類粉末，以及石墨、碳纖維等導電碳材料。陶瓷類粉末的熱導率小于100W/m·K，而碳材料的導電特性限制了添加量，因此由上述技術所制備得到的導熱塑料，熱導率小于10W/m·K。

石墨烯是一種由碳原子按六邊形排列而成的二維材料，理論上面內的熱導率達到2000-5000W/m·K，遠高于普通金屬材料。因此，石墨烯作為一種導熱材料與高分子基體復合，得到了性能較好的導熱塑料。如專利201410221717.9公開了一種絕緣導熱塑料及其制備方法，采用正硅酸四乙酯的無水乙醇溶液改性石墨烯，并在塑料制備過程中分段式加入改性石墨烯以及選擇改性石墨烯的合適用量，使得所得塑料具有優異的絕緣性和導熱性。上述技術中所使用的石墨烯粉體是以石墨為原材料，通過劇烈的氧化插層、膨脹還原制得。然而，由于自然界中碳以¹²C、¹³C和¹⁴C幾種同位素的形式存在，¹²C和¹³C的相當豐度分別為98.89％和1.11％，所以制得的石墨烯如圖1所示，混雜存在¹²C11和¹³C12兩種同位素的碳原子，破壞了晶格的周期性邊條件，降低了聲子強度，進一步減弱了石墨烯的導熱率。除此之外，如圖2所示，這種石墨烯帶有大量的結構缺陷22和部分未還原的氧化基團22，包括-COOH、-OH和-CO等，這些結構缺陷和氧化基團破壞了石墨烯晶格的完整性，減低了聲子格波的強度，從而極大地降低了石墨烯的熱導率。由于上述的原因，這類石墨烯粉體碎片面內熱導率小于1000W/m·K，遠小于石墨烯熱導率的理論值。而基于這種石墨烯粉體所制備得到的導熱塑料，導熱性能也受到了限制。如利用專利201410221717.9公開的方法所制備得到的導熱塑料的熱導率僅為10-20W/m·K。

為解決上述技術問題，還需要對石墨烯復合導熱塑料及其制備方法進一步的進行研究，使制備的石墨烯復合導熱塑料能夠具有優良的導熱性和機械性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種石墨烯復合導熱塑料，具有優良的導熱性能和機械性能。

為此，本發明采用以下技術方案：

一種石墨烯復合導熱塑料，所述導熱塑料由石墨烯、高分子基體、偶聯劑和分散劑復合而成，所述石墨烯為單一同位素碳石墨烯，其質量百分比為1％-10％。

優選的，所述單一同位素碳石墨烯的厚度為0.335nm-3.35nm，即為1-10層碳原子。

優選的，所述單一同位素碳石墨烯為單一同位素碳的碳氫氣體通過金屬鎳的催化裂解反應制備成的由單一同位素碳構成的石墨烯。

優選的，所述單一同位素碳石墨烯為單一¹²C的碳氫氣體通過金屬鎳的催化裂解反應制備成的由單一¹²C構成的石墨烯。

優選的，所述單一同位素碳石墨烯為單一¹³C的碳氫氣體通過金屬鎳的催化裂解反應制備成的由單一¹³C構成的石墨烯。

優選的，所述高分子基體為尼龍、PE、PP、PC、ABS、PA6、或者PPS中的至少一種，其質量百分比為85％-95％。

優選的，所述偶聯劑的質量百分比為0.5％-2.5％，所述分散劑的質量百分比為0.5％-2.5％。

本發明還提供了一種石墨烯復合導熱塑料的制備方法，包括如下步驟：

1)將由單一同位素碳構成的石墨烯粉末和偶聯劑加入高速混合機中，在溫度為50-120℃下混合均勻，對單一同位素碳構成的石墨烯的表面進行活化處理；

2)將1)得到的混合物轉移至雙螺桿擠出機中，加入高分子基體和分散劑，在溫度為100-200℃下進行混合分散，充分混合均勻后，擠出造粒得到單一碳同位素石墨烯復合的導熱塑料。