[發明專利]高熱通量石墨烯-聚酰亞胺碳化膜及其制備方法和用途

在審

• 申請號: 202110307787.6
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN112919452A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 藺洪振;李麟閣;程雙;李付錦;王健
• 申請（專利權）人: 蘇州烯時代材料科技有限公司
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C01B32/19;C01B32/05
• 代理公司: 蘇州市指南針專利代理事務所(特殊普通合伙) 32268
• 代理人: 王友生

本發明涉及一種高熱通量石墨烯?聚酰亞胺碳化膜及其制備方法和用途，該制備方法為先將兩單體二胺及二酐中的一種與石墨烯混合得到混合漿料，再將混合漿料與另一種單體的分散液經多層共擠流延成膜，反應聚合，干燥，雙向拉伸，熱處理進行亞胺化，制得石墨烯?聚酰亞胺復合膜；然后將復合膜進行碳化和石墨化，制得石墨烯?聚酰亞胺碳化膜。制備過程中通過雙向拉伸誘導使薄膜內石墨烯填料水平取向，搭接構成連續導熱網絡；促使膜中聚酰亞胺分子鏈結晶和取向，提高膜整體導熱能力和力學強度，同時增強了復合膜的韌性，提高了厚膜的成膜率，優良的導熱性和均熱性有助于聚酰亞胺有序碳化和充分石墨化。該碳化膜作為一種面狀導熱材料可用于高溫元件散熱。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種高熱通量石墨烯-聚酰亞胺碳化膜及其制備方法和用途。

背景技術

近年來，由于電子設備中使用更高的密度和更大功率的電路，電子元件產生的熱量被認為是迫切需要解決的關鍵問題之一。研究表明，當導熱填料分散在聚合物中時，復合材料導熱系數可以大大提高。

聚酰亞胺薄膜是一種新型的聚合物薄膜，由二胺和二酐縮聚形成聚酰胺酸前驅體，再經亞胺化而成。聚酰亞胺具有優良的力學性能、電性能、化學穩定性、抗輻射性、耐高溫和耐低溫性能，但是導熱系數僅為0.16W/m·K，限制了在電子材料技術領域中的應用。在聚酰亞胺薄膜的制備方面，早在1966年我國即開始研究聚酰亞胺薄膜的技術，現有相關廠家50家以上。近年來隨著產業發展，國內相繼開發出多種類型聚酰亞胺薄膜，但仍與國外有較大差距。國內多數企業生產的聚酰亞胺薄膜穩定性欠佳，高需求應用場景下只能依賴進口產品。

石墨烯材料具有非常好的熱傳導性能。純的無缺陷的單層石墨烯的導熱系數高達5300W/m·K，是迄今為止導熱系數最高的碳材料，高于單壁碳納米管(3500W/m·K)和多壁碳納米管(3000W/m·K)。當它作為載體時，導熱系數也可達600W/m·K。

傳統導熱膜的制備方法，一種是以聚酰亞胺為主的高結晶性聚合物膜為材料前驅體，經高溫石墨化后得到人造石墨膜，其導熱能力受到聚合物膜結晶性和結晶取向的規整度影響；或是以石墨烯/聚酰胺酸復合漿料依次進行自組裝成膜、亞胺化、碳化、石墨化制備的人造石墨膜，如中國專利CN111378191A公開的一種石墨烯/聚酰亞胺導熱膜及其制備方法，該方法是以水為介質的聚酰胺酸納米乳液加入到以水為介質的石墨烯分散液中，攪拌得到石墨烯/聚酰胺酸復合漿料，將石墨烯/聚酰胺酸復合漿料依次進行自組裝成膜、亞胺化、碳化、石墨化。另一種策略是使用不同填料類混合物或導熱性填料加熱聚合物基體，來形成具有導熱網絡的復合材料，或是將幾種導熱膜層層復合，從而提高導熱膜整體強度。

然而現有的制備方法還存在諸多缺點，如傳統以聚酰亞胺薄膜或石墨烯/聚酰亞胺膜高溫碳化、石墨化所制備的石墨傳熱膜，其導熱能力很大程度上受到聚合物膜結晶性和結晶取向的規整度影響。而國內聚酰亞胺薄膜存在著產品質量差、綜合性能不穩定、精細化程度不夠等缺點，在石墨化過程中受熱收縮不均，燒制的石墨膜質量差，熱傳導性能低，難以滿足工業需求。其次，人造石墨導熱膜雖然具有一定柔性，但不具有拉伸性，在彎折、扭曲后會留下折痕或發生斷裂，導致其導熱能力大幅下降，限制其在柔性或不規則表面的應用。

而現有導熱性復合材料所使用的聚合物大部分是環氧樹脂，在高溫下無法使用。以多層復合形式制備的導熱膜，層與層之間的界面熱阻嚴重影響其縱向導熱能力，且工藝復雜，成本高。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的不足而提供一種具有高導熱高熱通量能力的石墨烯-聚酰亞胺碳化膜的制備方法，該方法制備的石墨烯-聚酰亞胺碳化膜具有柔韌性好、強度高、耐拉伸、可折疊的優點，也能適用于不規則表面。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種高熱通量石墨烯-聚酰亞胺碳化膜的制備方法，該制備方法包括以下步驟：