[發明專利]一種聚偏二氟乙烯基導熱復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410837385.7
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104530615B
• 公開（公告）日: 2016-10-12
• 發明（設計）人: 王勇;張文斌;楊靜暉;黃婷;張楠
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: C08L27/16
• 分類號: C08L27/16;C08K9/04;C08K3/04;C08K7/24
• 代理公司: 成都博通專利事務所 51208
• 代理人: 陳樹明

技術領域

本發明屬于導熱復合材料的制備技術領域。

背景技術

聚偏二氟乙烯是一種偏氟乙烯均聚物，兼具氟樹脂和通用樹脂的特性，除具有壓電性、熱電性、介電性等特殊性能外，還具有優良的耐腐蝕、耐高溫等性能，已成為氟樹脂中除聚四氟乙烯外的第二大品種，在工業、民用、軍工、科研等領域都有著非常廣泛的應用。相對于其它聚合物材料，聚偏二氟乙烯具有優異的耐腐蝕性能，較好的電氣性能和熱性能；使其在高介電、高導電、高導熱改性復合材料領域被廣泛用作基體樹脂使用，特別是在電子電氣領域的應用：如被用于制造高端電容器，電路板開關，防腐的電線電纜、接頭、護套以及計算機用線等。這些電氣材料往往對導熱性能具有較高的要求，因此如何提高聚偏二氟乙烯導熱性能是目前聚偏二氟乙烯基材料改性的一個重點和難點。

目前，制備聚偏二氟乙烯基導熱復合材料的方法主要采用碳系高導熱填料填充制備導熱聚合物。但是填料在基體中的分散以及界面作用較差，無法在較低含量下改善聚偏二氟乙烯材料的導熱性能；而高含量碳系填料的加入雖然可以提高聚偏二氟乙烯材料的導熱性能，但容易導致填料團聚，形成應力集中點，造成復合材料的力學性能下降或者提高緩慢。因此，尋求新的制備方法，制備具有良好的力學性能的高導熱復合材料是目前制備聚偏二氟乙烯基導熱復合材料的技術難點。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種聚偏二氟乙烯基導熱復合材料的制備方法，該方法制得的聚偏二氟乙烯基高導熱復合材料具有高的導熱性能，且力學性能良好。

本發明實現其發明目的所采用的技術方案是，一種聚偏二氟乙烯基導熱復合材料的制備方法，其步驟包括：

A、氧化石墨烯/N,N-二甲基甲酰胺溶液的制備：

將Hummers法制備得到的質量百分比為25％-50％的氧化石墨烯水溶液，溶于N,N-二甲基甲酰胺中減壓蒸餾，氧化石墨烯水溶液與N,N-二甲基甲酰胺的體積比為2:1；蒸餾結束后，將蒸餾液超聲處理；

B、復合材料制備：

將聚偏二氟乙烯和碳納米管加入A步驟得到的蒸餾液中，在80-90℃下，磁力攪拌3-6h得混合液，聚偏二氟乙烯，碳納米管和氧化石墨烯的質量比為80-90:5-15:1-5；再將混合液在80-90℃下超聲處理，再加熱至100-120℃得粘稠液，再將粘稠液放入50-80℃的烘箱中烘干，即得。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

一、采用Hummers法制備的氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯分散較好；采用減壓蒸餾法將氧化石墨烯從水中置換到N,N-二甲基甲酰胺中，而非直接將氧化石墨烯固體分散于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，使分散更為均勻，可以保證氧化石墨烯在后續制備工藝中及最終的聚偏二氟乙烯基體中的分散，有利于促進氧化石墨烯導熱網絡的形成，提高復合材料的導熱性，且可以避免填料團聚而產生應力集中點，有利于提高復合材料的力學性能。

二、本發明采用碳納米管與氧化石墨烯作為填料共同對聚偏二氟乙烯進行改性，由于碳納米管與氧化石墨烯結構相似，存在電子堆積的π-π相互作用，可以促進相互分散，即碳納米管在超聲作用下從管束中解離進入氧化石墨烯片層，使氧化石墨烯膨脹，擴大層間距的同時，有利于形成一維碳納米管和二維氧化石墨烯搭建的三維網絡，不僅能促進導熱通路的形成，也可以限制聚合物分子鏈運動。能在較大幅度提高材料力學性能的情況下，明顯提高材料的導熱性能。

三、本發明采用的碳納米管和氧化石墨烯上的C均能和含氟樹脂聚偏二氟乙烯的F形成所謂的電荷轉移型C-F鍵，改善碳系填料與基體之間的相互作用，降低界面熱阻，進一步提高復合材料的導熱性能。

進一步，本發明所述A步驟中，減壓蒸餾的溫度為55-60℃，時間為8-12h；超聲處理時間均為1-2h，超聲效率為2.5-5×10⁴W/m³。

這樣的超聲時間和功率即可以保證利用超聲空化作用促進氧化石墨烯在N,N-二甲基甲酰胺溶液中的進一步分散，也可以避免氧化石墨烯在超聲過程中結構被破壞。

進一步，本發明所述B步驟中，碳納米管是平均直徑為5-200nm，平均長度為100nm-50μm的單壁碳納米管或多壁碳納米管。

這種管徑和長度的碳納米管能夠在制備過程中的N,N-二甲基甲酰胺溶液以及最終的聚偏二氟乙烯基體中均勻分散，并與聚偏二氟乙烯良好結合，形成導熱網絡。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明。

附圖說明

圖1為實施例一制備的復合材料的掃描電鏡圖片。

具體實施方式