[发明专利]一种聚酰亚胺基改性石墨烯导热复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种聚酰亚胺基改性石墨烯导热复合材料的制备方法，其是：首先通过电化学剥离石墨法得到石墨烯纳米片(GNS)；然后将马来酰亚胺与GNS通过Diels‑Alder反应，得到马来酰亚胺改性石墨烯导热填料(M@GNS)；最后通过原位聚合法与化学亚胺法，制备以聚酰亚胺为基体、以M@GNS为填料的马来酰亚胺@石墨烯/聚酰亚胺复合材料(记为M@GNS/PI)。本发明的方法可以将羧基封端的PAA(聚酰胺酸)与功能化石墨烯之间通过C‑N‑C键相连，增强石墨烯与基体的相容性，从而实现在低含量填料填充下显著提高聚酰亚胺复合材料的导热性能。

技术领域

本发明涉及导热高分子复合材料技术领域，具体涉及一种聚酰亚胺基改性石墨烯导热复合材料。

背景技术

随着5G时代的到来，现代电子技术向小型化、高度集成化和多功能化方向飞速发展，严重的散热问题极大地威胁着高科技设备的可靠性和寿命。高分子基聚合物因其质量轻、易加工、机械性能和电绝缘性能较优异等特点被广泛应用于微电子封装等领域。然而由于其较低的导热性能限制了它们的应用。需要通过引入填料并调控界面热阻和构筑导热通路来提升复合材料的导热性能。

目前，石墨烯、碳纳米管、氮化硼纳米片、碳纤维等导热填料由于其固有的超导热性和热通道方面形成的优势，成为了调控复合材料导热性能的主力军。而导热填料改性是调控填料与基体以及填料间界面热阻的有效手段。导热填料的改性分为共价键改性和非共价键改性，共价键改性有着方法多样、产物性质稳定等优点。最近，通过在填料与基体之间构建共价键来构筑导热通路逐渐被研究。通过修饰填料的表面结构在提高填料分散性的同时，也促进了填料与基体之间的声子的有效传输，从而提升了复合材料的导热性能。

发明内容

基于上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种聚酰亚胺基改性石墨烯导热复合材料的制备方法，旨在提高复合材料的导热性能。

本发明为实现目的，采用如下技术方案：

一种聚酰亚胺基改性石墨烯导热复合材料的制备方法，其特点在于：首先通过电化学剥离石墨法得到石墨烯纳米片，记为GNS；然后将马来酰亚胺与GNS通过Diels-Alder反应，得到马来酰亚胺改性石墨烯导热填料，记为M@GNS；最后通过原位聚合法与化学亚胺法，制备以聚酰亚胺为基体、以M@GNS为填料的马来酰亚胺@石墨烯/聚酰亚胺复合材料，记为M@GNS/PI。具体包括如下步骤：

步骤1、GNS的制备

将石墨箔片作为阳极、铂片作为阴极、0.1～0.12mol/L的硫酸铵水溶液作为电解液，剥离电压为15～15.3V恒压，对石墨箔片进行电化学剥离，经抽滤洗涤干燥后，得到GNS；

步骤2、M@GNS的合成

将45～50mg马来酰亚胺溶解在40～50mL N,N二甲基甲酰胺中，向溶液中加入10～15mg GNS，超声50～60min，然后在115～120℃油浴中加热14～16h，再在紫外线下照射10～15min；冷却至室温后，将所得悬浮液通过聚四氟乙烯圆盘膜过滤，然后用60～75mL乙醇真空抽滤洗涤，除去未反应的马来酰亚胺；最后，收集滤饼并在室温下真空干燥，获得M@GNS；

步骤3、M@GNS/PAA/PI的合成

在氮气气氛下，向三颈烧瓶中加入0.5940～0.5950g 4,4-二氨基二苯甲烷(MDA)和8.5～9.5mL N,N二甲基甲酰胺并溶解，加入M@GNS并超声50～60min，在冰水浴下搅拌5～10min，然后加入0.9000～0.9010g 3,3’-4,4’-联苯四甲酸二酐(BPDA)和分子筛，在冰水浴中搅拌15～20min，得到M@GNS/PAA溶液；随后加入0.15～0.2mL三乙胺和0.08～0.1mL吡啶，得到M@GNS/PAA/PI溶液；

步骤4、M@GNS/PI的合成