[发明专利]一种石墨烯改性的导热薄膜

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其设计一种具有热导率高，抗拉伸，抗弯折的石墨烯改性的导热薄膜。

 

背景技术

薄膜是一种薄而软的透明薄片。用塑料、胶黏剂、橡胶或其他材料制成。聚酯薄膜科学上的解释为：由原子、分子或离子沉积在基片表面形成的二维材料。薄膜被广泛应用于电子电器、机械、印刷等行业。

例如聚酰亚胺薄膜，它是一种新型的有机聚合物薄膜，由均苯四甲酸二酐（PMDA）和二氨基二苯醚（ODA）在极强性溶剂N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）中经缩聚并流延成膜，再经亚胺化而成。具有优良的力学性能、电性能、化学稳定性，抗辐射性、耐高温和耐低温性能。但是聚酰亚胺薄膜的导热系数仅为0.16W/(M·K)，限制了在电子材料技术领域中的应用。

 

2004年英国曼彻斯顿大学的Geim和Novoselov通过胶带剥离高定向石墨获得了独立存在的二维石墨烯（Gra-phene，GN）晶体以来，石墨烯已经成为材料科学领域极受关注的研究热点之一。石墨烯，实际上就是单原子层的石墨，它拥有独特的二维结构和优异的力学、热力学、光学和电学性能。

石墨烯是目前世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，至吸收2.3%的光，导热系数高达5300W/m·k，高于碳纳米管和金刚石。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，具有强度高，比表面积大，高化学反应活性，高填充性的特点。

中国专利公告号CN101168598B，公告日2010年6月2日，名称为高导热性、低热膨胀系数的超厚聚酰亚胺薄膜的制备方法。该申请案公开了一种高导热性、低热膨胀系数的超厚聚酰亚胺薄膜的制备方法，将单体二胺溶解于非质子极性溶剂中，加入与二胺等摩尔比的二酐和经表面处理的纳米导热材料，反应4-10小时，合成含纳米导热材料的聚酰胺酸树脂。其不足之处在于，虽然提高了导热系数，但是薄膜的力学性能不高，且制备的是超厚的薄膜，应用性不强。

 

发明内容

本发明的目的在于为了解决现有薄膜力学性能不高，导热性差的缺陷而提供一种具有热导率高，抗拉伸，抗弯折的石墨烯改性的导热薄膜。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

    一种石墨烯改性的导热薄膜，包括聚酰亚胺乳液、粘结剂、助剂与溶剂，所述导热薄膜中加入了石墨烯，各组分在导热薄膜中的重量百分比分别为聚酰亚胺乳液10-60%、粘结剂1-10%、石墨烯30-90%、助剂0.5-5%与溶剂1-10%。在本技术方案中，石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，具有强度高，比表面积大，高化学反应活性，高导热系数，高填充性的特点；在导热薄膜中加入石墨烯提高导热薄膜的强度，石墨烯润滑效果好，因此可提高导热薄膜的力学性能与导热性。

作为优选，助剂为分散剂、改性剂与偶联剂，分散剂、改性剂、偶联剂的质量比为1:0.5-1.5:0.4-0.8。

作为优选，分散剂选自乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、氧化均聚物中的一种，改性剂选自纳米二氧化锆、纳米二氧化钛、氮化硼、聚酰胺蜡、硼酸中的一种或几种，偶联剂选自硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂中的一种。在本技术方案中，纳米二氧化锆可以配合石墨烯进一步提高薄膜的力学性能如强度，抗弯折性；纳米二氧化钛具有防紫外线的功能，也可以杀菌，在薄膜中添加纳米二氧化钛可以使得薄膜在满足高导热性与力学性能的前提下，更加环保，符合现代绿色环保的主题；分散剂的作用是改性颜料粒子表面性质、调整颜料粒子的运动性；偶联剂的作用是增加有机高分子化合物与石墨烯之间的复合，增加对基材的粘结性。

作为优选，所述石墨烯为单层片状结构，或所述石墨烯为层数在2-50层，层内为碳原子sp²杂化轨道组成六角形蜂巢状晶格、层间为碳原子以π键结合。

作为优选，所述石墨烯以粉末或浆料的形式添加。

作为优选，所述石墨烯中，碳元素与非碳元素质量比大于4:1，非碳元素选自氟、氮、氧、硫、氢、氯、溴、碘中一种或几种。

作为优选，所述薄膜需要在气氛保护下高温烧结得到。其中，保护气氛选自氮气、氩气、氦气中的一种，烧结温度为800-3000℃。

作为优选，所述石墨烯还包含有各种官能团的改性石墨烯，如羟基、羧基、羰基、氮基、氨基中的一种或几种。

作为优选，粘结剂选自丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、氯乙烯-醋酸乙烯中的一种，溶剂选自去离子水、乙醇、醋酸、乙二胺、甲苯二异氰酸酯中的一种或几种。