[发明专利]一种用于制备石墨膜的聚酰亚胺薄膜、该聚酰亚胺薄膜制备的高导热石墨膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于制备石墨膜的聚酰亚胺薄膜，是由聚丙烯腈/聚酰胺酸溶液经过成膜、热亚胺化制得；本发明还公开了所述聚酰亚胺薄膜制备的高导热石墨膜及其制备方法，包括：S1、将所述聚酰亚胺薄膜高温碳化，得到聚酰亚胺碳化膜；S2、将所述聚酰亚胺碳化膜高温石墨化，得到高导热石墨膜。本发明采用聚丙烯腈/聚酰胺酸溶液作为原料，通过热亚胺化法制备得到的聚酰亚胺薄膜，可以过碳化、石墨化制备石墨膜，且制得的石墨膜具有高导热性、高强度、良好的外观完整性，性能优异。

技术领域

本发明涉及薄膜制备技术领域，尤其涉及一种用于制备石墨膜的聚酰亚胺薄膜、该聚酰亚胺薄膜制备的高导热石墨膜及其制备方法。

背景技术

近年来，手机、平板电脑等电子产品不断朝着小型化和轻薄化的方向发展，电子元器件的组装密度急剧增加，为了保证设备能够长期稳定地工作，必须及时地将设备运行时产生的热量及时逸散出去，这就对散热材料的散热效率提出了非常高的要求。

人工石墨膜是近些年被开发应用的最先进的散热材料之一，是一种具有多层石墨烯结构的高导热材料。传统金属银的导热系数为429W·m^-1k^-1，铜为401W·m^-1k^-1，铝为240W·m^-1k^-1，而人工石墨膜的导热系数高达800～1900W·m^-1k^-1，且具有低密度、耐挠曲等特性，广泛应用于智能手机、柔性OLED显示、柔性半导体器件、大功率器件、动力电池、医疗器械等领域。

聚酰亚胺薄膜经过高温碳化、石墨化处理后，可得到碳化膜、石墨膜，该用途的薄膜被称为碳基膜。通过此方式得到的石墨膜具有极高的平面导热率及良好的耐挠曲性，目前已在导热散热领域得到了非常广泛的应用。

传统聚酰亚胺薄膜通常由两步法制备得到，即先通过二酐单体与二胺单体在有机溶剂中聚合生成前驱体聚酰胺酸溶液，再经过亚胺化得到聚酰亚胺薄膜。聚酰胺酸常见的亚胺化方式包括两种：热亚胺化法和化学亚胺化法。热亚胺化法指通过高温加热使聚酰胺酸脱水环化，形成聚酰亚胺；化学亚胺化法指聚酰胺酸溶液与脱水剂(乙酸酐等)、亚胺化催化剂(吡啶、异喹啉等)混合后，反应生成聚酰亚胺。目前，杜邦、钟渊和SKC等国外大公司均采用化学亚胺化法制备的聚酰亚胺薄膜作为生产石墨膜的原料，这是由于经过化学亚胺化法制备得到的聚酰亚胺薄膜在高温处理时容易发泡，能够通过碳化、石墨化得到高石墨化度、高导热系数的石墨膜。而国内企业普遍采用热亚胺化法制备聚酰亚胺薄膜，由于热亚胺化法制备的聚酰亚胺薄膜在高温处理时发泡效率很低甚至不发泡，即使能够石墨化得到石墨膜，也需要更高的石墨化温度且石墨膜存在导热系数低、外观差、强度低等缺点。

中国专利CN106832923B通过在聚酰亚胺薄膜中掺杂含钙化合物的方式来催化薄膜高温发泡，此方法虽然能够得到完整的石墨膜，但是无机物的加入不仅会影响石墨膜的外观和强度，还会在一定程度上降低其导热系数；中国专利CN107265451B通过在聚酰胺酸溶液中添加氧化石墨烯的方式得到了高导热高强度的石墨膜，但其采用了化学亚胺化方法，不适用于国内普遍的热亚胺化设备，并且氧化石墨烯市场价格较为昂贵，难以在产业化生产中进行应用。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种用于制备石墨膜的聚酰亚胺薄膜、该聚酰亚胺薄膜制备的高导热石墨膜及其制备方法。

本发明提出的一种用于制备石墨膜的聚酰亚胺薄膜，包括：将聚丙烯腈/聚酰胺酸溶液经过成膜、热亚胺化制得聚酰亚胺薄膜；

所述聚丙烯腈/聚酰胺酸溶液包括聚酰胺酸溶液和均匀分散在其中的聚丙烯腈粉末，其中聚酰胺酸溶液是由芳香二胺、芳香二酐在非质子极性有机溶剂中反应制成。

优选地，所述聚丙烯腈/聚酰胺酸溶液的原料包括芳香二胺、芳香二酐、聚丙烯腈粉末和非质子极性有机溶剂。

优选地，所述聚丙烯腈粉末的质量为芳香二胺与芳香二酐质量之和的5～30％wt；