[发明专利]一种填充石墨烯各向同性高性能导热胶粘剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于导热胶制备技术领域，特别涉及一种填充石墨烯各向同性高性能导热胶粘剂。

背景技术

随着工业生产和科学技术的发展，人们对导热材料也提出了新的要求，希望其具有新的综合性能，在电气电子领域由于集成技术和组装技术的迅速发展，电子元件、逻辑电路的体积成千成万倍地缩小，则需要高性能的导热材料。

传统的散热材料如金属，由于其抗腐蚀能力差、难加工、电绝缘性差、难于加工成型、无法适应不同形状导热界面的缺点，限制了其在特定领域的应用，由于胶黏剂自身的热导热率低、导热性能不好以及耐热性能不高等缺点，所以如何提高胶黏剂的导热性能以及热稳定性能越来越受到重视。

因此，导热填料的种类是改善导热胶性能的关键，胶黏剂导热率取决于树脂基体和导热填料；导热填料主要有两大类：（1）金属粉填充胶黏剂：如，银、铜、锡、铝粉等进行填充来制备导热胶黏剂，（2）石墨、碳纳米管填充胶黏剂；碳纳米管作为一种新型的复合材料增强体，是由石墨层片卷成的管状结构，直径在0.4～100nm之间，碳纳米管环氧树脂导热胶，能够散发发热元件的热量，目前市场上出现的导热胶的填料主要集中在，如A1，Cu，Ag等金属粉类填料；A1₂O₃，MgO等金属氧化物类填料；SiC，AIN ，Si₃N₄等非金属导热填料，为了提高导热胶的导热率，导热填料在导热胶中的重量百分比大概在70wt％到90wt％之间，相对而言，导热胶中树脂体系所占的百分比就很小，这就导致现存的导热胶的粘结强度普遍不好。

石墨烯是一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子组成的，是目前已知的最薄的二维碳材料，厚度仅仅为0.35nm，正是这种特殊的二维结构赋予其特殊的物理现象，表现出了很多的优异性质，到目前为止，石墨烯的强度是已知材料中最好的，高达130GPa，是普通钢材的100多倍；其热导率可达5000W·m^-1·K^-1，比表面积为2630m²·g^-1；与其他的碳材料相比，石墨烯的主要性能指标更好，同时避免了其他类型的碳材料在研究的过程中所遇到的手性控制、金属型和半导体型分离以及催化剂杂质等问题。

将石墨烯作为导热胶的导热填料，首先可以使得导热胶的导热率得到大大提高，目前国内外对石墨烯的制备方法这方面的研究颇多，如201010179119.1《高效率低成本机械剥离制备石墨烯或氧化石墨烯的方法》。石墨烯的高导热率已经在《石墨烯纳米带热导率的分子动力学模拟》、《石墨烯的功能化及相关应用》等文章中所提及；而关于石墨烯填充导热胶的制备方面的文章和专利还未见报道，其次由于石墨烯是单层原子厚度的石墨，填充量可以大大减少；同时石墨烯中各个碳原子之间的连接非常的柔韧，当从外界施加一定力时，碳原子面弯曲变形，具有非常稳定的结构，这样就可以大大提高导热胶的粘结性能。在研究的过程中，还发现石墨烯是一种透明的导体，可以大大提高导热胶的透明性，使得石墨烯填充的导热胶的应用范围更为广泛。

本发明中采用球磨法制备得到的石墨烯经过表面处理后作为导热填料制备了一种高性能导热胶粘剂，能广泛应用于液晶显示器件等领域，具有非常显著的效果。

发明内容

本发明的目的是为了克服现存导热胶的导热率低，粘结强度低等缺点，提供一种力学强度高、耐热性能好、粘结强度高，导热率高的高性能导热胶组合物，并提供导热胶粘剂组合物的制备方法。

本发明的导热胶胶粘剂，组分按重量份数计算，组成如下：

   环氧树脂        100份；

   固化剂        10~15份；

   固化促进剂      2~3份；

   石墨烯         5~10份；

   稀释剂        40~50份；

   触变剂         2~3份。

本发明中使用的较好环氧树脂是一种双酚F型液体环氧树脂，其固化后表现出优异的机械、化学、黏结和绝缘性能，质量非常稳定，纯度高，色泽佳。该导热胶中可以采用的一种树脂实例是一种环氧树脂例如D.E.R. 354（陶氏化学公司）。

该导热胶中采用的固化剂：考虑到胶的室温存放期以及固化速度以及色泽性等问题等因素，使用效果较好的是甲基六氢邻苯二甲酸酐（嘉兴阿尔法精细化工有限公司）。