[發(fā)明專利]改性氧化石墨烯/天然橡膠高導(dǎo)熱復(fù)合材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010438851.X
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111499935B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張志毅;趙貴哲;楊云帆;劉亞青
• 申請（專利權(quán)）人: 中北大學(xué);山西中北新材料科技有限公司
• 主分類號: C08L7/00
• 分類號: C08L7/00;C08K9/06;C08K7/00;C08K3/38;C08K9/02;C08K3/04;C09K5/14
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 張彩琴;李曉娟

本發(fā)明屬于導(dǎo)熱新材料領(lǐng)域，具體是一種改性氧化石墨烯/天然橡膠高導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法。包括以下步驟：1）將制備的六方氮化硼納米片改性，與氧化石墨烯分散液混合后形成六方氮化硼納米片改性氧化石墨烯分散液；2）將六方氮化硼納米片改性氧化石墨烯分散液與天然膠乳共混，破乳形成母膠；3）將母膠塑煉、混煉并硫化，形成高導(dǎo)熱天然橡膠復(fù)合材料。本發(fā)明制備特殊二維結(jié)構(gòu)的六方氮化硼納米片和氧化石墨烯導(dǎo)熱復(fù)合粒子，并且控制其定向排列。通過這種手段在基體中可以形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，提高天然橡膠復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，使其能夠提高至0.48W/m·K，同時(shí)使材料保持良好的力學(xué)性能，在電子封裝和輪胎領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于導(dǎo)熱新材料領(lǐng)域，具體是一種改性氧化石墨烯/天然橡膠高導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

天然橡膠基高分子復(fù)合材料具有一系列優(yōu)秀的物理特性，如良好的回彈性、絕緣性、隔水性和可塑性等。除此以外，它們還具有耐酸、耐堿、耐熱等優(yōu)良的化學(xué)特性，被廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、醫(yī)療衛(wèi)生、科學(xué)試驗(yàn)等領(lǐng)域。但是，橡膠基高分子材料的導(dǎo)熱率普遍不高，這限制了它們在某些領(lǐng)域的應(yīng)用。如果賦予一定的導(dǎo)熱性能，就可以大大提高它們在電子封裝領(lǐng)域的應(yīng)用，具有良好機(jī)械性能、導(dǎo)熱性能和絕緣性能的天然橡膠基高分子復(fù)合材料對于解決精密電子設(shè)備的散熱問題具有重要意義。此外，輪胎的散熱問題也是交通領(lǐng)域急需解決的困難，在不破壞機(jī)械性能的前提下提高輪胎的導(dǎo)熱性能對于輪胎行業(yè)有著積極作用。因此，開發(fā)機(jī)械性能優(yōu)良的導(dǎo)熱天然橡膠復(fù)合材料顯得尤為重要。

氧化石墨烯的表面含有大量的含氧基團(tuán)，可以在水溶液和極性溶劑中穩(wěn)定存在，而且大量的官能團(tuán)也使得石墨烯更加活潑，可以與很多官能團(tuán)反應(yīng)，這就使得氧化石墨烯可以作為很多粒子的載體，提高這些粒子在基體中的分散性。此外，氧化石墨烯的特殊結(jié)構(gòu)也可以極大提高材料的機(jī)械性能。這些使得氧化石墨烯在高分子材料領(lǐng)域有著很廣泛的應(yīng)用。六方氮化硼納米片被稱為“白石墨烯”，具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性、絕緣性和熱穩(wěn)定性，在透明薄膜、保護(hù)涂層、生物制藥，尤其是導(dǎo)熱材料領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種改性氧化石墨烯/天然橡膠高導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法，其解決的主要問題是，提高天然橡膠類材料導(dǎo)熱率低下的問題，同時(shí)保持天然橡膠本身良好的機(jī)械性能，該制備方法具有簡單高效、低成本、易于工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種改性氧化石墨烯/天然橡膠高導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)超聲輔助剝離制備六方氮化硼納米片

將六方氮化硼高溫預(yù)處理，將預(yù)處理后的六方氮化硼加入到有機(jī)溶劑中，充分?jǐn)嚢瑁粚⒒旌弦杭尤氲饺萜髦校?0～80℃下，以120～200W超聲同時(shí)配合機(jī)械攪拌6～12h，在攪拌過程中加入硅烷偶聯(lián)劑；將超聲處理后的溶液在3000～12000rpm下離心，洗滌干燥，得到六方氮化硼納米片；

(2)制備六方氮化硼納米片改性氧化石墨烯分散液

將去離子水加入到氧化石墨烯漿料中，超聲同時(shí)配合機(jī)械攪拌，制備氧化石墨烯水溶液；將制備的六方氮化硼納米片加入到氧化石墨烯水溶液中，磁力攪拌，得到六方氮化硼納米片改性氧化石墨烯分散液；

(3)制備高導(dǎo)熱天然橡膠復(fù)合材料

將六方氮化硼納米片改性氧化石墨烯分散液加入到膠乳中，不斷加水?dāng)嚢枋够旌暇鶆颍尤爰姿崞迫榈玫缴z；使生膠在水中浸泡以去除甲酸，然后塑煉、混煉、硫化；在混煉完成后通過控制開煉機(jī)的輥距和開煉時(shí)間，使六方氮化硼納米片改性氧化石墨烯在混煉膠中定向排列；在硫化過程中，通過控制混煉膠的堆疊方式，使導(dǎo)熱填料保持定向排列，進(jìn)而制得改性氧化石墨烯/天然橡膠高導(dǎo)熱復(fù)合材料。

在本發(fā)明中，所述六方氮化硼高溫預(yù)處理的溫度范圍優(yōu)選為80～120℃，優(yōu)選的預(yù)處理時(shí)間為12～36h。