[发明专利]一种导热石墨烯/橡胶复合材料的制备方法

说明书

本发明提出一种导热石墨烯/橡胶复合材料的制备方法，采用喷雾干燥使石墨烯微片与SiO₂形成微球，再与EPDM进行混炼，在混炼过程中加入γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，桥联在石墨烯/SiO₂与EPDM界面之间起到了增容作用，使石墨烯与EPDM基体结合更好，进一步，通过连续的不同转速的三台开炼机剥片拉伸，石墨烯在EPDM基体中均匀分散形成无规网络状态，有利于热流在EPDM橡胶基体中传导，从而显著提高橡胶复合材料的导热性。

技术领域

本发明涉及导热橡胶复合材料领域，特别是涉及一种导热石墨烯/橡胶复合材料的制备方法。

背景技术

随着电子科技的发展对材料发展提出的新要求，新型导热橡胶材料的研究的价值也变得越来越凸显出来。由于在大量的电子器件中需要使用橡胶垫片，而大部分电子材料在使用时会产生振动并释放热量，如果不能及时的将热量排除，将严重影响电子元器件的使用寿命，而传统的金属和无机材料虽然具有良好的导热性能，却表现出很差的弹性，不能充当此类材料使用。此时，导热橡胶材料发挥了高弹性、高导热的优势。

三元乙丙橡胶是由乙烯、丙烯和第三单体非共轭二烯烃共聚制备的三元共聚物（EPDM），因其主链是由化学稳定的饱和烃组成，只在侧链中含有不饱和双键，故其耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异，可广泛用于多重领域，尤其是在电子材料的橡胶垫片上，但其导热性能较差（热导率仅0.24w/m.k）极大的限制了其应用。

橡胶复合材料的热传导性能是由于无定型材料中声子转移造成，无规网络的形成有利于声子转移和提高材料热传导，热传导率高，传热能力强时，其寿命会延长，因此提高橡胶材料的热传导率不仅使橡胶行业的维修更换成本降低，同时也能拓宽橡胶的应用领域。而石墨烯作为新一代橡胶填充材料，由于其优异的性能从所有填料里脱颖而出，其足够大的表面积，大约 5000 w/m·k的热传导率，较大的纵横比，可以在聚合物中形成渗透网络，从而形成热传导链，进而提高橡胶的热传导性，已成为高性能橡胶复合材料的理想填料。

目前，石墨烯已经作为填料添加在橡胶中以提高其导热性，中国发明专利申请号201710831380.7公开了一种新型石墨烯改性导热橡胶，采用Hummers法制备氧化石墨烯，将氧化石墨烯分散于银氨溶液中，添加葡萄糖，还原阴离子，得到石墨烯-银纳米粒子复合材料，然后将复合材料与橡胶基体在溶剂中充分混合，真空干燥，加入硫化剂，经双辊开炼、平板硫化得到石墨烯改性导热橡胶。中国发明专利申请号201510489190.2公开了一种耐高低温导热橡胶材料，包括氟橡胶60-80份，硅橡胶20-40份，气相白炭黑30-50份，改性石墨烯3-5份，纳米氢氧化镁20-40份，三聚氰胺磷酸盐6-10份，甲基膦酸二甲酯10-15份，复合稳定剂，防老剂，硅酮粉等原料。中国发明专利申请号201520055448.3公开了导热软硅胶绝缘垫片，包括位于最上层和最下层的保护层和两层保护层之间的填充层，填充层中由两层紧贴于最上层和最下层保护层内表面的石墨烯层以及一层编织成网状的导热碳纤维编织层构成，而在石墨烯层与导热碳纤维编织层之间则填充有混有导热材料颗粒以及碳化硅颗粒的软硅胶胶层。

虽然石墨烯作为填料能够提高橡胶基体材料的导热性，但是石墨烯在橡胶基体中分散性不好，易团聚，并且界面相容性差，热流在聚合物基体中的传导主要Ｗ声子的形式传播，而填料与基体之间存在的界面会严重阻碍热流的传播，由于大部分填料与基体的相容性都不是很好，大量填充时严重影响复合材料的力学性能、加工性能等。中国发明专利申请号201610918000.9提供了一种石墨烯分散体及其制备方法，制备出一种被蜡质材料包裹的石墨烯分散体，通过分散体可加入橡胶、塑料、涂料基体中，起到增加材料强度、韧性、导热性的作用。然而，蜡质材料的加入导致蜡质材料和橡胶基体与石墨烯三者之间界面相容性的问题。因此，提高石墨烯在EPDM橡胶中的分散，改善复合材料各组分界面相容性，对进一步优化橡胶复合材料导热性具有十分重要的意义。

发明内容