[发明专利]一种高性能芳纶基石墨膜及其制备方法

说明书

本发明提出了一种高性能芳纶基石墨膜及其制备方法，所述制备方法包括：将芳香族二胺与芳香族二甲酰氯在有机溶剂中缩聚后，加碱除去盐酸，得到芳纶成膜溶液；将所述芳纶成膜溶液成膜后，干燥固化，得到芳纶薄膜；将所述芳纶薄膜高温碳化，石墨化后，即得到所述高性能芳纶基石墨膜。本发明提出的一种高性能芳纶基石墨膜及其制备方法，通过调控芳纶合成单体，制备出了致密、厚薄均匀且分子取向优越的芳纶薄膜，并由此获得一种具有优异机械力学性能和热扩散效率的石墨膜。

技术领域

本发明涉及石墨膜技术领域，尤其涉及一种高性能芳纶基石墨膜及其制备方法。

背景技术

当今电子产品正朝向大功率、高运算的领域发展，伴随着电子设备薄型化发展，散热日益成为一个亟待解决的难题。科研人员通过研究后推出了一种全新的散热电子产品—高导热石墨膜。石墨膜具有散热效率高、占用空间小、重量轻、沿两个方向均匀导热等特点，能够将热量均匀分布在二维平面从而有效的将热量转移。

目前，通过聚酰亚胺膜烧制是制备石墨膜的主要方法。聚酰亚胺膜制备的石墨膜虽然性能优于大部分导热材料，但仍存在导热性待提高、不耐弯折等问题。研究人员发现芳纶聚酰胺具有高取向度、高结晶度、优异的力学和耐燃性能，在石墨化制备石墨膜领域具有较大潜力。但是单一的宏观芳纶因其疏水性强不易分散等性质难以通过自组装的方式成膜，限制其在石墨膜中的进一步应用。

因此，如何提升芳纶聚酰胺的溶解成膜特性，使其最容易制备出高定向、碳层取向度高的石墨膜，这显然是制备出散热效率更高的石墨膜的一个重要研究方向。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高性能芳纶基石墨膜及其制备方法，通过调控芳纶合成单体，制备出了致密、厚薄均匀且分子取向优越的芳纶薄膜，并由此获得一种具有优异机械力学性能和热扩散效率的石墨膜。

本发明提出的一种高性能芳纶基石墨膜的制备方法，包括如下步骤：

S1、将芳香族二胺与芳香族二甲酰氯在有机溶剂中缩聚后，加碱除去盐酸，得到芳纶成膜溶液；

S2、将所述芳纶成膜溶液成膜后，干燥固化，得到芳纶薄膜；

S3、将所述芳纶薄膜高温碳化，石墨化后，即得到所述高性能芳纶基石墨膜。

优选地，步骤S1中，所述芳香族二胺包括含氟取代的芳香族二胺和/或所述芳香族二甲酰氯包括含氟取代的芳香族二甲酰氯；

优选地，所述含氟取代的芳香族二胺在所述芳香族二胺中的占比至少为50mol％，所述含氟取代的芳香族二甲酰氯在所述芳香族二甲酰氯的占比至少为30mol％。

本发明中，含氟取代的芳香族二胺和/或含氟取代的芳香族二甲酰氯作为芳纶聚酰胺的合成单体，由于氟元素的较大电负性，使得分子链堆积紧密，增加了芳纶聚酰胺分子链的自由体积，从而提高其在有机溶剂中的溶解度，最终有助于获得结构致密、厚薄均匀且分子取向优越的芳纶薄膜，从而获得高性能的芳纶基石墨膜。

优选地，所述含氟取代的芳香族二胺为2，2′-双(三氟甲基)-4，4′-二氨基联苯、5-三氟甲基-1，3-苯二胺、2，3，5，6-四氟-1，4-苯二胺或4，4'-二氨基八氟联苯中的至少一种；所述含氟取代的芳香族二甲酰氯为2，3，5，6-四氟对苯二甲酰氯。

优选地，步骤S1中，所述芳香族二胺还包括对苯二胺、间苯二胺、4，4′-二氨基二苯醚或4，4′-二氨基二苯硫醚中的至少一种；

所述芳香族二甲酰氯还包括对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、联苯二甲酰氯、或萘二甲酰氯中的至少一种。

优选地，步骤S1中，所述有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮或四氢呋喃中的至少一种；

优选地，所述芳香族二胺与芳香族二甲酰氯的摩尔比为1:1-1.05。