[發明專利]一種高導熱石墨材料的制備方法

在審

• 申請號: 202010566111.4
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111559744A
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 劉杰;胡峰;劉婷;劉亦武;劉含茂;王進;許雙喜;楊軍
• 申請（專利權）人: 株洲時代新材料科技股份有限公司
• 主分類號: C01B32/205
• 分類號: C01B32/205
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 楊斌

本發明公開了一種高導熱石墨材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將離子液體與聚酰胺酸樹脂混合均勻，或通過在離子液體中添加二胺單體和二酐單體發生聚合反應，得到雜化后的聚酰胺酸樹脂溶液；(2)將雜化后的聚酰胺酸樹脂溶液經亞胺化得到聚酰亞胺材料；(3)將聚酰亞胺材料進行石墨化處理，得到高導熱石墨材料。本發明可在相同的熱處理溫度下提高無定型碳向石墨化轉變的程度或者在保證石墨化程度的前提下降低熱處理溫度，實現聚酰亞胺基的催化低溫碳化石墨化制備高石墨化程度的高導熱石墨材料。

技術領域

本發明涉及石墨材料制備領域，具體涉及一種高導熱石墨材料的制備方法。

背景技術

近年來，在可持續發展和綠色化學的科學思想指導下，離子液體的研究日趨活躍，受到了國內外學者的廣泛關注。離子液體是由有機陽離子和無機或有機陰離子構成的、在室溫下或室溫附近溫度下呈液態的有機鹽類。在組成上，離子液體與人們概念中的“鹽”相近，而其熔點通常又低于室溫，因而也被稱作“室溫熔融鹽”。離子液體具有低蒸氣壓、具有較寬的液體穩定范圍(液體范圍大約為-90-400℃)、溶解能力強、電導率高、寬的電化學窗口、較強的催化活性。特別是它的不揮發、易回收的獨特性能，十分符合綠色化學、綠色合成的理念，因此被認為是一類理想的環境友好型介質和綠色功能性材料。

與此同時，隨著微電子工業的飛速發展，電子器件和設備不斷向大功率、高密度集成和微型化的方向發展，由此引發的發熱問題對電子產品的使用性能、可靠性及壽命提出了嚴峻的挑戰。采用聚酰亞胺(PI)為基材經碳化、石墨化制備的高導熱石墨材料具有表面平整細膩、柔韌性好、導熱性能高達1500W/m.K以上的特點，近年來成為了電子行業熱解決方案的理想材料。

高導熱石墨材料在制備時一般都要經3000℃左右的高溫下進行的石墨化處理，這樣不僅需要消耗大量的能源、增加生產成本，而且對生產設備的技術要求也非常苛刻，并且石墨化過程中，隨著石墨化溫度的增加可能導致最終石墨材料的抗拉強度下降，甚至石墨化不完全的現象，出現材料性能不平衡現象。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術存在的不足，提供一種高導熱石墨材料的制備方法，該方法可在相同的熱處理溫度下提高無定形碳向石墨化的轉變程度或是在保證石墨化程度的條件下降低熱處理溫度，實現了聚酰亞胺基的催化低溫碳化石墨化，降低了石墨化材料制備的能耗需求和成本，提高了石墨化材料的質量。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種高導熱石墨材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將離子液體與聚酰胺酸樹脂混合均勻，或通過在離子液體中添加二胺單體和二酐單體發生聚合反應，得到雜化后的聚酰胺酸樹脂溶液；

(2)將所述雜化后的聚酰胺酸樹脂溶液經亞胺化得到聚酰亞胺材料；

(3)將所述聚酰亞胺材料石墨化處理后，得到所述高導熱石墨材料。

上述技術方案的設計思路在于，離子液體具有高穩定性，通過混合或者原位聚合的方式使用離子液體對聚酰胺酸樹脂進行雜化，使離子液體在后續經亞胺化后得到的聚酰亞胺中均勻分布，能夠利用離子液體兼做雜化劑和稀釋劑，在降低聚酰胺酸樹脂粘度、提高其加工性能的同時，使聚酰亞胺基中的無序碳原子隨著溫度上升反應轉化成碳化物均勻分布在基體中，從而促進石墨微晶的生長，有利于降低無定型碳石墨化的活化能，從而達到降低石墨化熱處理溫度或是提高石墨化程度的效果。

作為上述技術方案的進一步優化，所述陰離子為含硼陰離子。選擇含硼陰離子作為離子液體的陰離子，可以使聚酰亞胺石墨化過程中無序碳離子反應轉化成碳化硼，碳化硼相較于其他碳化物對于石墨微晶形成的誘導作用更好，能夠最大程度上降低石墨化熱處理溫度或是提高石墨化程度。