[發(fā)明專利]不同維度高導(dǎo)熱材料增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610161025.9
• 申請日: 2016-03-21
• 公開（公告）號: CN105733191B
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周科朝;馬莉;魏秋平;余志明;張龍;葉文濤;張?jiān)婪?/a>
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L83/04;C08L33/12;C08K7/06;C08K9/10;C08K3/04
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 顏勇

1.不同維度高導(dǎo)熱材料增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料包括高導(dǎo)熱增強(qiáng)體、聚合物基體；

所述高導(dǎo)熱增強(qiáng)體的形狀選自一維線狀、二維片狀、三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的至少一種；

高導(dǎo)熱增強(qiáng)體選自石墨烯/金剛石膜、碳納米管/金剛石膜、石墨烯/碳納米管膜、金剛石/石墨烯/碳納米管膜、氮化鋁中的一種；

增強(qiáng)體中石墨烯/金剛石膜、碳納米管/金剛石膜、石墨烯/碳納米管膜、金剛石/石墨烯/碳納米管膜的制備工藝如下：

通過對CVD沉積爐內(nèi)施加等離子和磁場誘導(dǎo)，并實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)碳?xì)饬髁?、生長溫度、生長氣壓，實(shí)現(xiàn)石墨烯/金剛石、碳納米管/金剛石、石墨烯/碳納米管、金剛石/石墨烯/碳納米管的CVD沉積，沉積參數(shù)為：

石墨烯CVD沉積參數(shù)為：含碳?xì)怏w占爐內(nèi)全部氣體質(zhì)量流量百分比為0.5-80%；生長溫度為400-1200℃，生長氣壓為5-10⁵Pa；等離子電流密度為0-50mA/cm²；沉積區(qū)域中磁場強(qiáng)度為100高斯至30特斯拉；

碳納米管CVD沉積參數(shù)為：含碳?xì)怏w占爐內(nèi)全部氣體質(zhì)量流量百分比為5-50%；生長溫度為400-1300℃，生長氣壓為10³-10⁵Pa；等離子電流密度為0-30mA/cm²；沉積區(qū)域中磁場強(qiáng)度為100高斯至30特斯拉；碳納米管CVD沉積前，先在沉積基體表面采用電鍍、化學(xué)鍍、蒸鍍、磁控濺射、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積中的一種方法在襯底表面沉積鎳、銅、鈷的一種或復(fù)合催化層；

金剛石CVD沉積參數(shù)為：含碳?xì)怏w占爐內(nèi)全部氣體質(zhì)量流量百分比為0.5-10%；生長溫度為600-1000℃，生長氣壓為10³-10⁴Pa。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不同維度高導(dǎo)熱材料增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料，其特征在于，所述聚合物基體為熱塑性聚合物或熱固性聚合物；所述熱塑性聚合物選自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、聚酰胺、聚砜中的一種；所述熱固性聚合物選自環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、氨基樹脂、不飽和聚酯樹脂、有機(jī)硅樹脂、硅橡膠、聚氨酯中的一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不同維度高導(dǎo)熱材料增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料，其特征在于，一維線狀或二維片狀高導(dǎo)熱增強(qiáng)體選自襯底型高導(dǎo)熱材料或自支撐型高導(dǎo)熱材料；三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)高導(dǎo)熱增強(qiáng)體為襯底型高導(dǎo)熱材料；所述一維線狀、二維片狀、三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)高導(dǎo)熱增強(qiáng)體中襯底材料選自鎢、鉬、鈦、銅、鎢銅合金、鉬銅合金、鎳、硅中的一種；所述三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)高導(dǎo)熱增強(qiáng)體是在三維空間網(wǎng)絡(luò)襯底表面采用化學(xué)氣相沉積高導(dǎo)熱材料獲得。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的不同維度高導(dǎo)熱材料增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料，其特征在于，復(fù)合材料的聚合物基體中，還可加入高導(dǎo)熱顆粒。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述不同維度高導(dǎo)熱材料增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料，其特征在于，所述的高導(dǎo)熱顆粒選自金剛石、石墨烯、碳納米管、石墨烯包覆金剛石微球、碳納米管包覆金剛石微球、碳化硅、碳化硼、氮化硼中的至少一種，所述的石墨烯包覆金剛石微球和碳納米管包覆金剛石微球均采用化學(xué)氣相沉積獲得。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種不同維度高導(dǎo)熱材料增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料，各組分按以下體積百分含量組成：

熱塑性聚合物體積分?jǐn)?shù)為20-95%，

高導(dǎo)熱增強(qiáng)體 5-80%

高導(dǎo)熱顆粒體積分?jǐn)?shù)0%-40%；各組分體積百分之和為100%。

7.不同維度高導(dǎo)熱增強(qiáng)體增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料的制備方法，包括下述步驟：

第一步：制備不同維度襯底，清洗、烘干；

第二步：采用電鍍、化學(xué)鍍、蒸鍍、磁控濺射、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積中的一種方法在襯底表面沉積鎳、銅、鎢、鉬、鈦、銀、鉻中的一種或復(fù)合金屬層；

第三步：將襯底浸泡于納米金剛石粉或石墨烯粉或碳納米管懸濁液中進(jìn)行超聲震蕩種植籽晶預(yù)處理；

第四步：采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)在襯底表面沉積金剛石、石墨烯、碳納米管多種復(fù)合的高導(dǎo)熱層；

第五步：將聚合物及高導(dǎo)熱顆粒用丙酮超聲清洗去除表面油污，并干燥；

第六步：將聚合物、高導(dǎo)熱增強(qiáng)體、高導(dǎo)熱顆粒、偶聯(lián)劑、抗氧助劑及加工助劑混合；

高導(dǎo)熱增強(qiáng)體選自石墨烯/金剛石膜、碳納米管/金剛石膜、石墨烯/碳納米管膜、金剛石/石墨烯/碳納米管膜、氮化鋁中的一種；

高導(dǎo)熱顆粒選自金剛石、石墨烯、碳納米管、石墨烯包覆金剛石微球、碳納米管包覆金剛石微球、碳化硅、碳化硼、氮化硼中的至少一種；

第七步：用有機(jī)溶劑將混合物中聚合物溶解或?qū)⒒旌衔锛訜岬骄酆衔锶埸c(diǎn)以上、降解溫度以下溫度范圍內(nèi)，通過浸漬固化成型、注射成型、壓制成型、注塑成型、滾塑成型、擠塑成型、層壓成型、流延成型中的一種方法使聚合物與增強(qiáng)體結(jié)合，即得到不同維度高導(dǎo)熱增強(qiáng)體增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料。