[發明專利]一種石墨膜導熱增強復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 202110003249.8
• 申請日: 2021-01-04
• 公開（公告）號: CN112848385A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 曹瑞雄;馬兆昆;孟泰生;張型偉;張凱旋;劉學偉;宋懷河
• 申請（專利權）人: 北京化工大學常州先進材料研究院
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C70/20;B29C70/22;C04B35/83;C04B35/52;B29K105/10;B29K307/04
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本發明涉及一種石墨膜導熱增強復合材料的制備方法。該方法將石墨膜/石墨烯膜與PAN基碳纖維復合制備出石墨膜導熱增強單元。利用石墨烯導熱增強單元制備復合材料，可以克服石墨膜表面的化學惰性，增強基體的強度，同時可完整的保持石墨膜/石墨烯薄膜的傳熱通道。本發明相比PAN基碳纖維增強的復合材料，具有非常高的導熱性能，相比中間相瀝青纖維，制備成本低，制備工藝簡單。

技術領域

本發明涉及一種石墨導熱增強復合材料的制備方法，屬于復合材料制備技術領域。

背景技術

隨著電子技術進步，現有電子單機載荷上集成的電子學器件越來越密集，單機的功耗也越來越高，集成度和功率密度不斷增大，芯片工作時產生的熱量越來越多，嚴重影響最終電子元件的使用性能、可靠性和壽命。僅通過熱管理設計，難以實現熱量的快速散除，新型的高導熱材料具有非常高的市場需求。同時，在光伏、冶煉、航空、航天等領域，對高導熱材料均有高的需求。

炭及石墨材料最為主要的高導熱材料具有眾多的優點，如密度低(石墨的理論密度為2.2g/cm³)和優異的熱性能，即高的導熱性、低熱膨脹系數以及耐熱沖擊等特性。其中，具有高定向的高導熱石墨材料具有廣泛的使用。最主要的具有高定向的高導熱石墨材料有：高定向纖維類材料(瀝青基碳纖維、氣相生長納米纖維、碳納米管)、高溫熱解石墨、以有機物前驅體制備的石墨薄膜或塊體材料、以石墨烯為原料制備的薄膜材料。

相比高定向纖維類材料、高溫熱解石墨，以有機物前驅體制備的石墨薄膜或塊體材料主要的前驅體為聚酰亞胺，具有易石墨化、成本低，近些年在市場得到快速發展，廣泛應用于電子導熱領域。同時，隨著石墨烯產業的快速發展，石墨烯為原料的薄膜，現在在電子熱管理領域也有很快的發展。

但是石墨的表面的為完整的平面結構，具有化學惰性，與其他材料復合有較大的難度。一種高導熱復合纖維及其制造方法(CN201010610324.9)涉及一種石墨膜導熱增強的方法，但是其采用的石墨膜片進行了切片并拉絲處理。一種石墨層壓結構及其制備方法(CN201610659160.6)，將石墨膜與銅箔和聚酰亞胺進行了復合，該方法制備復合結構的塊體材料難以實現。一種高導熱C/C復合材料的制備(CN201710926532.1)以石墨為原料加工成1mm寬的炭絲，制備C/C復合材料，但做成炭絲之后石墨膜表面積增大，不利于復合材料的成型。一種高導熱石墨膜-碳纖維樹脂基復合材料的制備方法(CN202010735057.1)將石墨膜利用聚酰亞胺粘結起來并于碳纖維預浸料復合，聚酰亞胺低的熱導性能及石墨膜低的垂直面向導熱率，該結構限制復合材料的導熱性能。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明將石墨薄膜涂覆基體，添加碳纖維，卷繞、工裝成導熱增強單元，利用這種導熱單元制備復合材料。本發明旨在以石墨薄膜制備導熱增強單元制備高導熱復合材料。

本發明所用的技術方案：一種石墨膜導熱增強復合材料的制備方法，具體步驟如下：

1、對石墨膜表面涂覆基體材料，按照合適的距離間隔排放碳纖維絲束，然后緊緊卷繞，在合適的工裝模具中壓制成設計尺寸，固化得到導熱增強單元；

2、將導熱單元連續并排排列在碳纖維編織體中間，添加基體材料，固化制備得到石墨膜導熱增強復合材料。

步驟1所述的石墨薄膜包含厚度不大于100μm的PI基體制備的石墨膜、石墨烯薄膜。

步驟1所述的絲束為PAN基碳纖維，起到強度增強的作用，對牌號及絲束大小無特定要求。

步驟1所述的涂覆基體材料，基體材料為環氧樹脂、瀝青、聚酰亞胺樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂等材料的一種，可以加熱涂覆或溶劑溶解為溶液進行涂覆。

步驟1所述的設計尺寸為一種條狀，其截面可以為六邊形、矩形或圓形，便于導熱增強單元緊密排布。