[发明专利]一种聚合物基导热复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种聚合物基导热复合材料的制备方法，属于功能复合材料技术领域，其技术方案要点是：包括如下步骤，S1、按照比例称取二维导热填料、非共价改性剂和聚合物粉末，将其搅拌混合均匀，得到粉状混合物；然后将粉状混合物加入球磨机中进行原位球磨剥离，得到改性导热填料/聚合物混合物；S2、将步骤S1中得到的改性导热填料/聚合物混合物从球磨机中取出，然后对其进行热压成型，得到片材；再将热压后的片材进行双辊压延成型，得到具有平面取向三维导热网络的聚合物片材。本发明制备方法制备的聚合物基导热复合材料能够很大程度的保持二维导热填料的本征导热性能，且工艺简单、效率高、成本低、节能环保。

技术领域

本发明涉及聚合物纳米复合材料领域，尤其涉及一种聚合物基导热复合材料的制备方法。

背景技术

高分子材料具有质量轻、成本低、易于成型加工等优点，广泛用于电子电器、航天航空等诸多制造业及高科技领域。随着电子器件逐渐向轻量化、小型化、功能化方向发展，电子器件的可靠性和工作效率大大依赖于散热问题的解决。但大多数高分子材料导热性能差，不能满足电子器件高功率散热要求。所以开发出一类具有较高导热系数塑料材料对于电子产品行业的发展尤为重要。石墨烯独特的二维蜂窝网状晶格结构赋予其极高的比表面积、电子传导率和热导率，常被用作导热填料填充于聚合物基体中，以得到具有高导热性能的石墨烯/聚合物纳米复合材料。

关于石墨烯/聚合物纳米复合材料的制备已有很多研究报道，主要分为原位聚合、溶液混合、熔融共混三种。一般情况下，原位聚合和溶液混合均先采用超声法将石墨烯均匀分散在溶剂中，然后再与聚合物单体或者聚合物溶液混合，最后得到石墨烯/聚合物纳米复合材料。这两种方法都能得到混合均匀的石墨烯/聚合物纳米复合材料，但两者均涉及有毒溶剂的使用，以及后续溶剂去除等繁琐工艺，而且原位聚合反应条件要求苛刻。相比之下，熔融共混工艺简单、成本低、易于大规模工业化生产，但直接熔融共混的方法制备的石墨烯/聚合物复合材料存在混合不均匀、性能不够好等缺点。因此，研究者对熔融共混法进行了一系列改进，最有效的方法是母料法，也就是先制备高石墨烯含量的复合材料，然后再通过熔融加工把母料稀释成所需的浓度。

母料法相较于直接熔融共混具有更优越的性能。Zhang，L等人，采用Pickering乳液模板法制备了PS/GO复合微球，表面功能化二氧化硅作为稳定剂，然后将复合微球与PS进行密炼共混。添加0.86wt％GO，冲击强度相比于纯PS提高了64％，相比于直接熔融共混PS/GO提高了100％，热膨胀系数也显著降低。Rosehr，A等人，采用原位湿法球磨制备了无规聚丙烯/石墨纳米片复合母粒，然后再将母粒与等规聚丙烯熔融共混，相较于直接熔融共混石墨纳米片在聚丙烯中分散更好。这种方式利用了球磨过程产生的剪切力和冲击力，将石墨剥离为更薄的石墨纳米片，避免了石墨粉体在聚合物熔体中再分散的困难，改善了石墨纳米片在聚合物中的分散。

采用球磨法原位剥离石墨制备石墨烯/聚合物纳米复合材料的方法也有报道。Hang Wu等人，先将石墨粉分散在聚苯乙烯溶液中，然后进行湿法球磨，聚苯乙烯通过与石墨烯的π-π相互作用吸附在石墨烯表面，除去溶剂后，得到了聚苯乙烯功能化石墨烯。这种在聚合物溶液中原位剥离石墨的方式得到了均匀分散且与基体具有良好相互作用的石墨烯/聚合物纳米复合材料。CN103724869A公开了干法球磨原位制备石墨烯/聚合物混合物的方法，先将石墨粉与聚合物分散在溶剂介质中，通过磁力搅拌或超声分散均匀，过滤、烘干得聚合物一石墨粉状预混合物，然后将粉状预混合物在球磨机中充分球磨，制得了聚合物与石墨烯混合物。该方法在得到大量高质量石墨烯的同时实现了石墨烯在聚合物中的均匀分散。

但是，该方法以及湿法球磨均涉及有机溶剂环保问题以及溶剂后续去除等繁琐工艺，不利于大规模工业化生产；石墨烯与聚合物之间的界面相互作用也是获得高导热石墨烯/聚合物纳米复合材料的关键因素。在石墨烯表面引入极性官能团是常见的一种化学改性方式，但是官能团的引入会破坏石墨烯晶格结构，影响其本征热传导率。即使是还原改性后的氧化石墨烯，其热导率也会被削弱。

为了解决上述问题，在现有技术的基础上，本发明提出一种聚合物基导热复合材料的制备方法。