[發明專利]一種用于制備石墨膜的聚酰亞胺薄膜、該聚酰亞胺薄膜制備的高導熱石墨膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202110574156.0
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113353926A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 史恩臺;孫善衛;陳鑄紅;方超;潘成
• 申請（專利權）人: 安徽國風塑業股份有限公司
• 主分類號: C01B32/205
• 分類號: C01B32/205
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 余婧

本發明公開了一種用于制備石墨膜的聚酰亞胺薄膜，是由聚丙烯腈/聚酰胺酸溶液經過成膜、熱亞胺化制得；本發明還公開了所述聚酰亞胺薄膜制備的高導熱石墨膜及其制備方法，包括：S1、將所述聚酰亞胺薄膜高溫碳化，得到聚酰亞胺碳化膜；S2、將所述聚酰亞胺碳化膜高溫石墨化，得到高導熱石墨膜。本發明采用聚丙烯腈/聚酰胺酸溶液作為原料，通過熱亞胺化法制備得到的聚酰亞胺薄膜，可以過碳化、石墨化制備石墨膜，且制得的石墨膜具有高導熱性、高強度、良好的外觀完整性，性能優異。

技術領域

本發明涉及薄膜制備技術領域，尤其涉及一種用于制備石墨膜的聚酰亞胺薄膜、該聚酰亞胺薄膜制備的高導熱石墨膜及其制備方法。

背景技術

近年來，手機、平板電腦等電子產品不斷朝著小型化和輕薄化的方向發展，電子元器件的組裝密度急劇增加，為了保證設備能夠長期穩定地工作，必須及時地將設備運行時產生的熱量及時逸散出去，這就對散熱材料的散熱效率提出了非常高的要求。

人工石墨膜是近些年被開發應用的最先進的散熱材料之一，是一種具有多層石墨烯結構的高導熱材料。傳統金屬銀的導熱系數為429W·m^-1k^-1，銅為401W·m^-1k^-1，鋁為240W·m^-1k^-1，而人工石墨膜的導熱系數高達800～1900W·m^-1k^-1，且具有低密度、耐撓曲等特性，廣泛應用于智能手機、柔性OLED顯示、柔性半導體器件、大功率器件、動力電池、醫療器械等領域。

聚酰亞胺薄膜經過高溫碳化、石墨化處理后，可得到碳化膜、石墨膜，該用途的薄膜被稱為碳基膜。通過此方式得到的石墨膜具有極高的平面導熱率及良好的耐撓曲性，目前已在導熱散熱領域得到了非常廣泛的應用。

傳統聚酰亞胺薄膜通常由兩步法制備得到，即先通過二酐單體與二胺單體在有機溶劑中聚合生成前驅體聚酰胺酸溶液，再經過亞胺化得到聚酰亞胺薄膜。聚酰胺酸常見的亞胺化方式包括兩種：熱亞胺化法和化學亞胺化法。熱亞胺化法指通過高溫加熱使聚酰胺酸脫水環化，形成聚酰亞胺；化學亞胺化法指聚酰胺酸溶液與脫水劑(乙酸酐等)、亞胺化催化劑(吡啶、異喹啉等)混合后，反應生成聚酰亞胺。目前，杜邦、鐘淵和SKC等國外大公司均采用化學亞胺化法制備的聚酰亞胺薄膜作為生產石墨膜的原料，這是由于經過化學亞胺化法制備得到的聚酰亞胺薄膜在高溫處理時容易發泡，能夠通過碳化、石墨化得到高石墨化度、高導熱系數的石墨膜。而國內企業普遍采用熱亞胺化法制備聚酰亞胺薄膜，由于熱亞胺化法制備的聚酰亞胺薄膜在高溫處理時發泡效率很低甚至不發泡，即使能夠石墨化得到石墨膜，也需要更高的石墨化溫度且石墨膜存在導熱系數低、外觀差、強度低等缺點。

中國專利CN106832923B通過在聚酰亞胺薄膜中摻雜含鈣化合物的方式來催化薄膜高溫發泡，此方法雖然能夠得到完整的石墨膜，但是無機物的加入不僅會影響石墨膜的外觀和強度，還會在一定程度上降低其導熱系數；中國專利CN107265451B通過在聚酰胺酸溶液中添加氧化石墨烯的方式得到了高導熱高強度的石墨膜，但其采用了化學亞胺化方法，不適用于國內普遍的熱亞胺化設備，并且氧化石墨烯市場價格較為昂貴，難以在產業化生產中進行應用。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種用于制備石墨膜的聚酰亞胺薄膜、該聚酰亞胺薄膜制備的高導熱石墨膜及其制備方法。

本發明提出的一種用于制備石墨膜的聚酰亞胺薄膜，包括：將聚丙烯腈/聚酰胺酸溶液經過成膜、熱亞胺化制得聚酰亞胺薄膜；

所述聚丙烯腈/聚酰胺酸溶液包括聚酰胺酸溶液和均勻分散在其中的聚丙烯腈粉末，其中聚酰胺酸溶液是由芳香二胺、芳香二酐在非質子極性有機溶劑中反應制成。

優選地，所述聚丙烯腈/聚酰胺酸溶液的原料包括芳香二胺、芳香二酐、聚丙烯腈粉末和非質子極性有機溶劑。

優選地，所述聚丙烯腈粉末的質量為芳香二胺與芳香二酐質量之和的5～30％wt；