[發(fā)明專利]一種導(dǎo)熱復(fù)合石墨膜及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110793326.4
• 申請(qǐng)日: 2021-07-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113353927B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李文龍;范驍;熊平;陳玨;陳德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)沙新材料產(chǎn)業(yè)研究院有限公司
• 主分類號(hào): C01B32/205
• 分類號(hào): C01B32/205;C01B32/21;C04B30/02;C04B20/02;C04B14/38;D01F9/145
• 代理公司: 長(zhǎng)沙國(guó)科天河知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 段盼姣

本發(fā)明提供一種導(dǎo)熱復(fù)合石墨膜，其中包括短切纖維，所述短切纖維的平均直徑為9?12微米，長(zhǎng)度在1.5?6毫米范圍內(nèi)；所述短切纖維為表面改性處理后的中間相瀝青基碳纖維，中間相瀝青基碳纖維是中間相含量值為100％的中間相瀝青原料紡絲后再經(jīng)過(guò)2800?3200℃高溫石墨化處理所得，其晶粒尺寸La大于22.4nm。制備方法包括：短切纖維的表面處理；短切纖維與二酐單體、二胺單體、溶劑對(duì)的混合反應(yīng)；亞胺化處理、炭化、高溫石墨化處理。本發(fā)明的導(dǎo)熱復(fù)合石墨膜具有導(dǎo)熱性能好，抗彎折性能好等優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體地涉及石墨膜技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種導(dǎo)熱復(fù)合石墨膜及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著電子、信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，電子產(chǎn)品趨向于集成化和微型化，高功率電子終端長(zhǎng)時(shí)間工作帶來(lái)的發(fā)熱問(wèn)題會(huì)嚴(yán)重減少產(chǎn)品的使用壽命。

目前，用于散熱的介質(zhì)材料主要是金屬和石墨材料，對(duì)比于鋁(熱導(dǎo)率為200W/(m·K))、銅(熱導(dǎo)率為380W/(m·K))，石墨因綜合熱導(dǎo)率達(dá)300-1900W/(m·K)，密度只有0.7-2.1g/cm³而成為散熱解決方案的優(yōu)秀材料。

高導(dǎo)熱石墨膜作為一種新型導(dǎo)熱材料，其碳原子具有的晶粒取向結(jié)構(gòu)可以讓熱量沿著膜a-b平面均勻快速轉(zhuǎn)移；膜表面可與金屬、塑料等其他材料組合；因具有低密度、耐高溫、耐腐蝕、面內(nèi)熱導(dǎo)率高和低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)勢(shì)可被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電腦等散熱領(lǐng)域以及航空航天等軍用領(lǐng)域。

在目前的研究中，針對(duì)導(dǎo)熱石墨膜材料的研究主要有以下幾個(gè)方向：第一種路線是利用膨脹石墨壓延法，該工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，但膜制品拉伸強(qiáng)度低、熱導(dǎo)率不高，熱導(dǎo)率只有300-600W/(m·K)；第二種路線是利用氧化法制備石墨烯，將石墨烯通過(guò)真空抽濾法、噴涂法、旋涂法等工藝制備石墨烯膜，但現(xiàn)階段采用以上方法制備的石墨烯薄膜的成本都較高且存在大量廢液污染；第三種路線是利用化學(xué)氣相沉積法(CVD)制備石墨膜，石墨膜性能優(yōu)異，但該工藝造價(jià)高，目前仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段；第四種路線是將聚酰亞胺(PI)類薄膜炭化、高溫石墨化處理，所得PI石墨膜熱導(dǎo)率可達(dá)1400W/(m·K)，但石墨膜面內(nèi)熱導(dǎo)率遠(yuǎn)達(dá)不到石墨單晶的理論熱導(dǎo)率(2100W/(m·K))。與其他三類材料對(duì)比，PI石墨膜在石墨結(jié)晶和取向方面更有優(yōu)勢(shì)。

但過(guò)去的方法制備的PI石墨膜雖然導(dǎo)熱性能好，但膜厚度增大后將伴隨著導(dǎo)熱性能下降和抗彎曲性能下降，因此膜表面一旦因彎折或外力沖擊帶來(lái)缺陷會(huì)大大降低面內(nèi)熱導(dǎo)率，在實(shí)際應(yīng)用中受限，因此制備出適應(yīng)更加復(fù)雜的環(huán)境條件、改善抗裂和抗折性能不足的導(dǎo)熱PI石墨膜尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有技術(shù)中石墨膜厚度過(guò)大時(shí)，導(dǎo)熱性能低和抗彎折性能差等現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的是提供一種導(dǎo)熱復(fù)合石墨膜及其制備方法，本發(fā)明利用導(dǎo)熱碳纖維生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢料，切割得到短切中間相瀝青基碳纖維。接著利用碳纖維表面改性方法引進(jìn)修飾中間相瀝青基碳纖維表面的化學(xué)官能團(tuán)，以增強(qiáng)碳纖維與聚酰胺酸(PAA)溶液的界面結(jié)合力。在生產(chǎn)PI石墨膜過(guò)程中把短切導(dǎo)熱碳纖維混入前驅(qū)體PAA溶液，機(jī)械混合均勻后通過(guò)熱亞胺化、高溫炭化、石墨化處理得到PI基復(fù)合石墨膜。同比之下，石墨膜制品抗折性提高，同時(shí)也提升了石墨膜的導(dǎo)熱性能。

本發(fā)明一方面提供了一種導(dǎo)熱復(fù)合石墨膜，其中包括短切纖維，所述短切纖維的平均直徑為9-12微米，長(zhǎng)度在1.5-6毫米范圍內(nèi)；所述短切纖維為表面改性處理后的中間相瀝青基碳纖維。

進(jìn)一步的，所述中間相瀝青基碳纖維是中間相含量值為100％的中間相瀝青原料紡絲后再經(jīng)過(guò)2800-3200℃高溫石墨化處理所得；所述中間相瀝青基碳纖維的晶粒尺寸La大于22.4nm。