[发明专利]定向高导热石墨烯-全氟烷氧基树脂复合材料及制备方法

权利要求书

1.一种定向高导热石墨烯-全氟烷氧基树脂复合材料，其特征在于石墨烯填料通过热压手段在全氟烷氧基树脂基材中形成定向平行排列的结构，其热导率在平行于X-Y方向与垂直于X-Y方向分别达到25.57W/(m·K)和6.92W/(m·K)；平行于X-Y方向的热导率达到了垂直于X-Y方向热导率的约4倍，也是原聚合物基材全氟烷氧基树脂(PFA)热导率的约100倍；其中X-Y方向为热压时垂直于模具压棒方向的复合材料表面。

2.如权利要求1所述定向高导热石墨烯-全氟烷氧基树脂复合材料，其特征在于所述石墨烯均匀分布在全氟烷氧基树脂(PFA)基材之中。

3.如权利要求1所述定向高导热石墨烯-全氟烷氧基树脂复合材料，其特征在于所述复合材料具有选自下组的一个或多个特征：

(1)所述复合材料的密度为2.1～2.3g/cm³；

(2)所述复合材料的热容为1.19～1.58J/(g·K)；

(3)所述复合材料沿X-Y方向的热扩散系数为0.36～10.12mm²/s；

(4)所述复合材料沿Z方向的热扩散系数为0.26～2.74mm²/s。

4.一种如权利要求1-3所述定向高导热石墨烯-全氟烷氧基树脂复合材料的制备方法，其特征在于制备步骤如下：

(1)通过超声将石墨采用液相剥离法分散在无水酒精中，制得石墨烯-酒精分散液；

(2)将全氟烷氧基树脂(PFA)粉末颗粒加入到石墨烯-酒精分散液中，通过调节质量比例制取复合分散液，使得步骤(1)中石墨烯质量占最终复合材料总质量的浓度为1％～40％；

(3)将复合分散液置于磁力搅拌仪上将酒精溶剂蒸干；

(4)将蒸干后所得预混料放入真空干燥箱干燥，得到石墨烯-全氟烷氧基树脂(PFA)复合材料粉末；

(5)将石墨烯-全氟烷氧基树脂(PFA)复合材料粉末放置于模具中，利用立式加热炉和万能试验机，在高温下将其熔化后压制成型，等待冷却，获得复合材料片材。

5.如权利要求4所述定向高导热石墨烯-全氟烷氧基树脂复合材料的制备方法，其特征在于步骤(3)所述蒸干条件为55-65℃、750-850r/min。

6.如权利要求4所述定向高导热石墨烯-全氟烷氧基树脂复合材料的制备方法，其特征在于步骤(4)所述干燥条件为：温度120℃，时间为24h 。

7.如权利要求4所述定向高导热石墨烯-全氟烷氧基树脂复合材料的制备方法，其特征在于步骤(5)所述熔化温度为400℃，压制成型压力为10kN。

8.如权利要求4所述定向高导热石墨烯-全氟烷氧基树脂复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)取0.1～2.5g石墨加入到200mL无水乙醇中，通过液相剥离法，采用探头式超声仪在300W功率下超声2h从而制取石墨烯乙醇分散液；

(2)将一定质量的全氟烷氧基树脂粉末加入分散液中，使得最终溶液中石墨烯质量占复合材料的质量分数为1％～40％；然后将石墨烯-全氟烷氧基树脂(PFA)分散液置于可加热的磁力搅拌器上，采用60℃、800r/min的状态搅拌混合，同时蒸发掉酒精溶剂，得到石墨烯-全氟烷氧基树脂(PFA)复合材料的预混料；

(3)将预混料依次置于真空干燥箱中，在120℃下干燥24h，得到石墨烯-全氟烷氧基树脂(PFA)复合材料粉末；

(4)将复合材料粉末取3g加入到模具中，在附加立式加热炉的万能试验机上进行热压；首先，在加热炉中，在无压力，400℃高温下加热1h确保材料熔化，然后，以0.05kN/s的速度增加压力，使得材料内部的石墨烯填料逐渐产生取向性，最后达到10kN的最大压力并保持300s；冷却固化后即可得到定向的高导热石墨烯-全氟烷氧基树脂(PFA)复合材料。

9.如权利要求8所述定向高导热石墨烯-全氟烷氧基树脂复合材料制备方法，所述步骤(1)中，得到的石墨烯纳米片层平均直径为12微米。

10.如权利要求8所述定向高导热石墨烯-全氟烷氧基树脂复合材料制备方法，所述步骤(4)中，模具内径为30mm，外径为50mm，腔体高80mm，可在500℃下稳定工作。