[发明专利]由具有优异取向性能的聚酰亚胺膜制备的石墨片材及其制备方法

说明书

公开了一种由分子取向比为至少约1.25的聚酰亚胺膜制备的石墨片材，以及用于制备所述石墨片材的方法。

技术领域

本公开涉及一种用于制备具有优异取向性能的聚酰亚胺膜的方法，由此制备的聚酰亚胺膜，以及使用该聚酰亚胺膜制备的石墨片材。

背景技术

近年来，电子器件的结构已经逐渐变得重量更轻、尺寸更小、厚度更薄和集成密度更高，因此，由单位体积的发热量增加而导致的热负荷引发了许多问题。这些问题的代表性例子包括直接影响电子器件性能的那些，例如由电子器件的热负荷导致的半导体器件的运行速度降低，以及由电池劣化导致的寿命缩短等。

由于这些原因，电子器件的有效散热已经成为非常重要的课题之一。

作为用于上述电子器件的散热手段，具有优异热导率的石墨已经引起了人们的关注。特别是人造石墨片材引起了人们的关注。人造石墨片材易于加工成片状，其热导率比铜或铝的热导率高约2倍至7倍。

这种人造石墨片材通常可以通过聚合物的碳化工艺和石墨化工艺获得。在这些聚合物中，能够承受约400℃或更高温度的耐热聚合物可以用作石墨前体。这种耐热聚合物的代表性例子包括聚酰亚胺(polyimide，PI)。

聚酰亚胺是基于刚性芳族骨架和化学稳定性非常优异的酰亚胺环的聚合物材料，在有机材料中具有最高水平的耐热性、耐化学性、电绝缘性和耐候性。众所周知，聚酰亚胺是一种最佳的石墨前体，在制备人造石墨片材时可实现优异的产率、结晶度及热导率。

通常，已知人造石墨片材的物理性能受石墨前体聚酰亚胺的物理性能影响很大，因此，已经对聚酰亚胺进行了积极的改进，以改善人造石墨片材的物理性能，特别是，已经进行了大量研究以改进人造石墨片材的热导率。

然而，对于可通过散热显著提高电子器件性能的具有非常高的热导率的人造石墨片材的开发，以及可实现这种人造石墨片材的聚酰亚胺的开发，还没有显著的成果。

因此，需要开发出具有期望的热导率的人造石墨片材，以及可实现这种人造石墨片材的聚酰亚胺。

发明内容

技术问题

根据本公开的一个方面，本公开的制备方法可以通过控制用于聚酰胺酸聚合的单体的最佳反应时间，并在最佳工艺条件下热处理作为聚酰亚胺膜前体的膜中间体，来制备聚合物膜，在该聚合物膜中，聚合物链紧密地堆积在一起并沿某特定方向取向。

根据本公开制备的聚酰亚胺膜具有对应于约1.25或更大的分子取向比的优异取向，这可以得出结论，如下所述，随后由该聚酰亚胺膜制备的石墨片材表现出优异的热导率。

根据该方面，可以解决现有技术中存在的上述问题，因此，本公开的实质目的是提供该方面的具体实施方式。

技术方案

在一种实施方式中，本公开提供一种用于制备聚酰亚胺膜的方法，该方法包括以下步骤：

(a)将第一单体溶解在有机溶剂中；

(b)通过将第二单体以相对于第一单体的总摩尔数为约93摩尔％至约99摩尔％的量，分批添加到含有第一单体的有机溶剂中，然后静置预定时间来制备聚合物；

(c)进一步将第二单体添加到步骤(b)中制备的聚合物中，使得第一单体和第二单体呈基本等摩尔量；

(d)通过使步骤(c)中制备的聚合物静置预定时间，获得含有聚酰胺酸的前体组合物；和

(e)由前体组合物获得聚酰亚胺膜，